JP7535575B2 - Systems, methods, and computer program products for predicting, forecasting, and/or assessing tissue properties - Patents.com - Google Patents
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Description
本開示は、概して、画像診断、ならびに、いくつかの非限定的な実施形態または態様において、医用画像の後期相および/または組織特性を、選択された相から予測、予想、および/または査定することに関する。 The present disclosure relates generally to diagnostic imaging and, in some non-limiting embodiments or aspects, to predicting, forecasting, and/or assessing later phases and/or tissue characteristics of medical images from selected phases.
磁気共鳴画像法、略してMRIは、ヒトまたは動物の身体内の組織および器官の構造および機能を描写するための、特に医用診断において使用される撮像方法である。 Magnetic resonance imaging, or MRI for short, is an imaging method used especially in medical diagnostics to depict the structure and function of tissues and organs in the human or animal body.
MRIにおいて、検査対象における陽子の磁気モーメントは、基本磁場内に整列され、その結果、長手方向に沿って巨視的磁化が存在する。これは、続いて、高周波(HF)パルスの入射放射線によって静止位置から偏向される(励起)。励起状態から静止位置への戻り(緩和)または磁化ダイナミクスは、続いて、1つまたは複数のHF受信器コイルによって緩和信号として検出される。 In MRI, the magnetic moments of the protons in the examined subject are aligned in a basic magnetic field, so that there is a macroscopic magnetization along the longitudinal direction. This is then deflected from the rest position (excitation) by the incident radiation of a radio frequency (HF) pulse. The return from the excited state to the rest position (relaxation) or magnetization dynamics is then detected as a relaxation signal by one or more HF receiver coils.
空間符号化の場合、迅速に切り替えられた勾配磁場が、基本磁場に重ね合わせられる。捕捉された緩和信号、または検出され空間的に分解されたMRIデータは、最初、空間周波数空間内に生データとして存在し、その後のフーリエ変換により実空間(画像空間)へ変換され得る。 In spatial encoding, rapidly switched gradient fields are superimposed on the base magnetic field. The captured relaxation signals, or the detected spatially resolved MRI data, are initially present as raw data in spatial frequency space and can be transformed into real space (image space) by a subsequent Fourier transformation.
ネイティブMRIの場合、組織コントラストは、異なる緩和時間(T1およびT2)ならびに陽子密度によって生成される。 In native MRI, tissue contrast is created by different relaxation times (T1 and T2) and proton densities.
T1緩和は、縦磁化のその平衡状態への遷移を説明し、T1は、共鳴励起の前に63.21%の平衡磁化に到達するために必要とされる時間である。それは、縦緩和時間またはスピン-格子緩和時間とも呼ばれる。 T1 relaxation describes the transition of the longitudinal magnetization to its equilibrium state, T1 is the time required to reach 63.21% of the equilibrium magnetization before resonant excitation. It is also called the longitudinal relaxation time or spin-lattice relaxation time.
類似して、T2緩和は、横方向磁化のその平衡状態への遷移を説明する。 Analogously, T2 relaxation describes the transition of transverse magnetization to its equilibrium state.
MRI造影剤は、造影剤を取り込む構造体の緩和時間を変更することによって、それらの作用を進展させる。常磁性体および超常磁性体という2つの物質グループの区別がなされ得る。両方の物質グループは、個々の原子または分子の周りに磁場を誘起する不対電子を有する。 MRI contrast agents exert their effect by modifying the relaxation times of structures that incorporate them. A distinction can be made between two groups of substances: paramagnetic and superparamagnetic. Both groups of substances have unpaired electrons that induce a magnetic field around individual atoms or molecules.
超常磁性造影剤は、T2の顕著な短縮をもたらす一方、常磁性造影剤は主に、T1の短縮をもたらす。T1時間の短縮は、T1重み付けMRI画像内の信号強度の増加をもたらし、T2時間の短縮は、T2重み付けMRI画像内の信号強度の減少をもたらす。 Superparamagnetic contrast agents result in a significant shortening of T2, whereas paramagnetic contrast agents result primarily in a shortening of T1. A shortening of T1 time results in an increase in signal intensity in T1-weighted MRI images, and a shortening of T2 time results in a decrease in signal intensity in T2-weighted MRI images.
造影剤自体が信号を出すことはなく、代わりに、その周辺の水素陽子の信号強度にだけ影響を及ぼすため、上記造影剤の作用は間接的である。 The effect of the contrast agent is indirect, since it does not itself emit a signal, but instead only affects the signal intensity of the hydrogen protons in its vicinity.
細胞外、細胞内、および血管内造影剤は、組織内のそれらの広がりのパターンに従って区別され得る。 Extracellular, intracellular, and intravascular contrast agents can be distinguished according to their pattern of spread within tissue.
超常磁性造影剤の例は、酸化鉄ナノ粒子(SPIO:超常磁性酸化鉄)である。超常磁性造影剤は、一般的に、血管内剤として使用される。 An example of a superparamagnetic contrast agent is iron oxide nanoparticles (SPIO). Superparamagnetic contrast agents are commonly used as intravascular agents.
常磁性造影剤の例は、ガドペンテト酸ジメグルミン(商品名:Magnevist(登録商標)他)、ガドベン酸メグルミン(商品名:Multihance(登録商標))、ガドテル酸(Dotarem(登録商標)、Dotagita(登録商標)、Cyclolux(登録商標))、ガドジアミド(Omniscan(登録商標))、ガドテリドール(ProHance(登録商標))、およびガドブトロール(Gadovist(登録商標))などのカドリニウムキレートである。 Examples of paramagnetic contrast agents are gadopentetate dimeglumine (trade names: Magnevist® and others), gadobenate meglumine (trade names: Multihance®), gadoteric acid (Dotarem®, Dotagita®, Cyclolux®), gadodiamide (Omniscan®), gadoteridol (ProHance®), and gadobutrol (Gadovist®), among other gadolinium chelates.
細胞外、細胞内、および血管内造影剤は、組織内のそれらの広がりのパターンに従って区別され得る。 Extracellular, intracellular, and intravascular contrast agents can be distinguished according to their pattern of spread within tissue.
CTでは、造影剤は、CT機によって作成されるX線放射線を、X線放射線が患者を通過するときに吸収する。分子撮像の一形態である核医学では、造影剤は、撮像機器によって検出される信号を生成するために減衰する放射性原子を含む。過分極MRIでは、大半の核は、磁場と整列され、撮像のために患者内へ注入される。 In CT, contrast agents absorb the x-ray radiation produced by the CT machine as it passes through the patient. In nuclear medicine, a form of molecular imaging, contrast agents contain radioactive atoms that decay to produce a signal that is detected by the imaging equipment. In hyperpolarized MRI, most nuclei are aligned with a magnetic field and injected into the patient for imaging.
ガドキセト酸に基づいた造影剤は、肝細胞、肝実質細胞による明確な取り込み、機能性組織(実質組織)における濃縮、および健康な肝臓組織内の造影の強化を特徴とする。嚢胞、転移、および大部分の肝細胞がん腫の細胞は、もはや正常な肝細胞のようには機能せず、造影剤を取り込まないか、またはそれをほとんど取り込まず、強調して描写されず、結果として識別可能および位置特定可能である。 Gadoxetic acid-based contrast agents are characterized by distinct uptake by hepatocytes, hepatic parenchymal cells, enrichment in functional tissues (parenchymal tissue), and enhanced contrast in healthy liver tissue. Cells of cysts, metastases, and most hepatocellular carcinomas no longer function like normal hepatocytes, do not take up the contrast agent or take it up very little, are not strongly depicted, and are consequently identifiable and localizable.
ガドキセト酸に基づいた造影剤の例は、米国特許第6,039,931A号に説明されており、それらは、例えば、商品名Primovist(登録商標)またはEovist(登録商標)の下で市販されている。 Examples of gadoxetic acid-based contrast agents are described in U.S. Pat. No. 6,039,931A, and they are commercially available, for example, under the trade names Primovist® or Eovist®.
Primovist(登録商標)/Eovist(登録商標)の造影強化効果は、安定したガドリニウム錯体Gd-EOB-DTPA(ガドリニウムエトキシベンジルジエチレントリアミンペンタ酢酸)によって仲介される。DTPAは、常磁性ガドリニウムイオンと共に、極端に高い熱力学的安定性を有する錯体を形成する。エトキシベンジルラジカル(EOB)は、造影剤の肝胆道取り込みの仲介物である。 The contrast enhancing effect of Primovist®/Eovist® is mediated by the stable gadolinium complex Gd-EOB-DTPA (gadolinium ethoxybenzyl diethylenetriaminepentaacetic acid). DTPA forms a complex with the paramagnetic gadolinium ion that has extremely high thermodynamic stability. The ethoxybenzyl radical (EOB) is a mediator of hepatobiliary uptake of the contrast agent.
Primovist(登録商標)は、肝臓内の腫瘍の検出のために使用され得る。健康な肝臓組織への血液供給は、主に、門脈(vena portae)により達成される一方、肝臓動脈(arteria hepatica)は、大部分の原発腫瘍を供給する。造影剤のボーラスの静脈内注射後、相応して、健康な肝実質の信号立ち上がりと腫瘍の信号立ち上がりとの間の時間遅延を観察することが可能である。悪性腫瘍のほかにも、肝臓内で頻繁に見られるのは、嚢胞、血管腫、および限局性結節性過形成(FNH)などの良性病変である。治療の適切な計画は、これらが悪性腫瘍から区別されることが必要とされる。Primovist(登録商標)は、良性および悪性限局性肝臓病変の識別のために使用され得る。T1重み付けMRIによって、それは、上記病変の性質に関する情報を提供する。区別は、肝臓および腫瘍への異なる血液供給、ならびに造影強化の経時的プロファイルを使用することによって達成される。 Primovist® can be used for the detection of tumors in the liver. The blood supply to healthy liver tissue is mainly achieved by the portal vein (vena portae), while the hepatic artery (arteria hepatica) supplies most primary tumors. After intravenous injection of a bolus of contrast agent, it is possible to observe a time delay between the signal onset of the healthy liver parenchyma and the signal onset of the tumor accordingly. Besides malignant tumors, benign lesions such as cysts, hemangiomas, and focal nodular hyperplasia (FNH) are frequently found in the liver. Proper planning of treatment requires that these be differentiated from malignant tumors. Primovist® can be used for the discrimination of benign and malignant focal liver lesions. By T1-weighted MRI, it provides information on the nature of the lesions. Differentiation is achieved by using the different blood supplies to the liver and tumor, as well as the temporal profiles of contrast enhancement.
Primovist(登録商標)によって達成される造影強化は、動的相(いわゆる動脈相、門脈相、および後期相を含む)、および肝実質細胞へのPrimovist(登録商標)の著しい取り込みがすでに発生している肝胆道相という少なくとも2つの相に分割され得る。 The contrast enhancement achieved by Primovist® can be divided into at least two phases: the dynamic phase (including the so-called arterial, portal, and late phases) and the hepatobiliary phase, during which significant uptake of Primovist® into liver parenchymal cells has already occurred.
分布相の間にPrimovist(登録商標)によって達成される造影強化の場合、観察されるのは、病変の特徴付けのための情報を提供する典型的な灌流パターンである。血管新生を描写することにより、病変タイプを特徴付けること、および腫瘍と血管との空間的関係を決定することを助ける。 In the case of the contrast enhancement achieved by Primovist® during the distribution phase, what is observed is a typical perfusion pattern that provides information for the characterization of the lesion. By depicting the vascularization, it helps to characterize the lesion type and to determine the spatial relationship between the tumor and the blood vessels.
T1重み付けMRI画像の場合、Primovist(登録商標)は、注入(肝胆道相において)から10~20分後、健康な肝実質においては明確な信号強調をもたらすが、肝実質細胞を含まない、またはほんの少しだけ肝実質細胞を含む病変、例えば、転移、または中~低分化肝細胞がん(HCC)は、より暗い領域として現れる。 On T1-weighted MRI images, Primovist® produces clear signal enhancement in healthy liver parenchyma 10-20 minutes after injection (in the hepatobiliary phase), whereas lesions that contain no or only a few hepatocytes, e.g., metastases or moderately to poorly differentiated hepatocellular carcinoma (HCC), appear as darker areas.
動的相および肝胆道相にわたる経時的な造影剤の広がりを追跡することは、限局性肝臓病変の検出および鑑別診断の可能性を十分に提供するが、検査は比較的長い時間スパンに及ぶ。上記時間スパンにわたって、患者による運動は、MRI画像内の運動アーチファクトを最小限にするために回避されなければならない。運動の長きにわたる制限は、患者にとっては不快となり得、実際に一貫して達成するのが困難であり得る。 Tracking the spread of contrast agent over time through the dynamic and hepatobiliary phases offers ample opportunity for detection and differential diagnosis of focal liver lesions, but the examination extends over a relatively long time span, during which motion by the patient must be avoided to minimize motion artifacts in the MRI images. Prolonged restriction of motion can be uncomfortable for the patient and difficult to achieve consistently in practice.
本開示の非限定的な実施形態または態様は、例えば、走査時間の加速または短縮における、画像診断検査の改善を対象とする(例えば、動的造影強化磁気共鳴画像法(MRI)などを用いた限局性肝臓病変の検出および鑑別診断のため)。本開示の非限定的な実施形態または態様は、選択した相(例えば、初期相など)、例えば、肝胆道相の間の肝臓の相から、医用画像の後期相を予測、予想、および/または査定し、以て、データ画像取得時間を低減するための方法、システム、およびコンピュータプログラム製品を提供する。追加的に、または代替的に、パラメータは、後期画像を合成するために、取って代わり得る、および/または使用され得る撮像シーケンスからのデータ、例えば、組織の体積(例えば、ボクセルなど)の薬物動力学的パラメータを使用して決定され得る。 Non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure are directed to improvements in diagnostic imaging tests, for example, in accelerating or shortening scan times (e.g., for detection and differential diagnosis of focal liver lesions using dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging (MRI) and the like). Non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure provide methods, systems, and computer program products for predicting, forecasting, and/or assessing later phases of medical images from selected phases (e.g., early phases, etc.), e.g., hepatic phases during hepatobiliary phases, thereby reducing data image acquisition times. Additionally or alternatively, parameters may be determined using data from imaging sequences that may replace and/or be used to synthesize later images, e.g., pharmacokinetic parameters of tissue volumes (e.g., voxels, etc.).
造影剤を用いた肝臓組織のMRIに関して主に説明されるが、本開示の非限定的な実施形態または態様は、それに限定されず、非限定的な実施形態または態様に従う方法、システム、およびコンピュータプログラム製品は、造影剤ありまたはなしで任意の画像診断法を使用して取得される任意の器官の医用画像の選択した相(例えば、初期相など)から医用画像の後期相を予測、予想、および/または査定し得る。 Although primarily described with respect to MRI of liver tissue using contrast agents, non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure are not so limited, and methods, systems, and computer program products according to non-limiting embodiments or aspects may predict, forecast, and/or assess later phases of medical images from selected phases (e.g., early phases, etc.) of medical images of any organ acquired using any imaging modality with or without contrast agents.
いくつかの非限定的な実施形態または態様によると、複数のMRI画像を受信するステップであって、MRI画像が、第1の時間スパンの間の検査領域を示す、ステップと、複数のMRI画像を予測モデルに供給するステップであって、予測モデルが、第1の時間スパンの間の検査領域を示すMRI画像に基づいて、第2の時間スパンの間の検査領域を示す1つまたは複数のMRI画像を予測するように、教師あり学習によって訓練されている、ステップと、予測によって第2の時間スパンの間の検査領域を示す1つまたは複数の予測MRI画像を生成するステップと、1つもしくは複数の予測MRI画像を表示および/もしくは出力する、ならびに/または1つもしくは複数の予測MRI画像をデータ記憶媒体に記憶するステップと、を含む方法が提供される。 According to some non-limiting embodiments or aspects, a method is provided that includes receiving a plurality of MRI images, the MRI images showing an examination area during a first time span; feeding the plurality of MRI images to a prediction model, the prediction model being trained by supervised learning to predict one or more MRI images showing the examination area during a second time span based on the MRI images showing the examination area during the first time span; generating one or more predicted MRI images showing the examination area during the second time span by the prediction; and displaying and/or outputting the one or more predicted MRI images and/or storing the one or more predicted MRI images in a data storage medium.
いくつかの非限定的な実施形態または態様によると、受信装置、制御および計算装置、ならびに出力装置を備えるシステムであって、制御および計算装置は、受信装置に複数のMRI画像を受信するように促すように構成され、受信したMRI画像は、第1の時間スパンの間の検査領域を示し、制御および計算装置は、受信したMRI画像に基づいて1つまたは複数のMRI画像を予測するように構成され、1つまたは複数の予測MRI画像は、第2の時間スパンの間の検査領域を示し、制御および計算装置は、出力装置に、1つまたは複数の予測MRI画像を表示するように、それらを出力するように、またはそれらをデータ記憶媒体に記憶するように促すように構成される、システムが提供される。 According to some non-limiting embodiments or aspects, a system is provided that includes a receiving device, a control and computing device, and an output device, the control and computing device being configured to prompt the receiving device to receive a plurality of MRI images, the received MRI images showing an examination area for a first time span, the control and computing device being configured to predict one or more MRI images based on the received MRI images, the one or more predicted MRI images showing the examination area for a second time span, and the control and computing device being configured to prompt the output device to display, output, or store the one or more predicted MRI images in a data storage medium.
いくつかの非限定的な実施形態または態様によると、コンピュータのメモリに読み込まれ得るコンピュータプログラムを備えるコンピュータプログラム製品であって、コンピュータプログラムは、コンピュータに、以下のステップ:複数のMRI画像を受信するステップであって、MRI画像が、第1の時間スパンの間の検査領域を示す、ステップと、受信したMRI画像を予測モデルに供給するステップであって、予測モデルが、第1の時間スパンの間の検査領域を示すMRI画像に基づいて、第2の時間スパンの間の検査領域を示す1つまたは複数のMRI画像を予測するように、教師あり学習によって訓練されている、ステップと、予測モデルからの出力として、第2の時間スパンの間の検査領域を示す1つまたは複数の予測MRI画像を受信するステップと、1つもしくは複数の予測MRI画像を表示および/もしくは出力する、ならびに/または1つもしくは複数の予測MRI画像をデータ記憶媒体に記憶するステップとを実行することを促す、コンピュータプログラム製品が提供される。 According to some non-limiting embodiments or aspects, a computer program product is provided that includes a computer program that can be loaded into a memory of a computer, the computer program prompting the computer to perform the following steps: receiving a plurality of MRI images, the MRI images showing the examination area for a first time span; providing the received MRI images to a predictive model, the predictive model being trained by supervised learning to predict one or more MRI images showing the examination area for a second time span based on the MRI images showing the examination area for the first time span; receiving one or more predicted MRI images showing the examination area for the second time span as output from the predictive model; and displaying and/or outputting the one or more predicted MRI images and/or storing the one or more predicted MRI images in a data storage medium.
いくつかの非限定的な実施形態または態様によると、MRI法における造影剤の使用が提供され、本MRI法は、以下のステップ:造影剤を投与するステップであって、造影剤が検査領域に広がる、ステップと、第1の時間スパンの間の検査領域の複数のMRI画像を生成するステップと、生成したMRI画像を予測モデルに供給するステップであって、予測モデルが、第1の時間スパンの間の検査領域を示すMRI画像に基づいて、第2の時間スパンの間の検査領域を示す1つまたは複数のMRI画像を予測するように、教師あり学習によって訓練されている、ステップと、予測モデルからの出力として、第2の時間スパンの間の検査領域を示す1つまたは複数の予測MRI画像を受信するステップと、1つもしくは複数の予測MRI画像を表示および/もしくは出力する、ならびに/または1つもしくは複数の予測MRI画像をデータ記憶媒体に記憶するステップとを含む。 According to some non-limiting embodiments or aspects, there is provided a use of a contrast agent in an MRI method, the MRI method comprising the steps of: administering a contrast agent, the contrast agent spreading in an examination region; generating a plurality of MRI images of the examination region during a first time span; feeding the generated MRI images to a predictive model, the predictive model being trained by supervised learning to predict one or more MRI images showing the examination region during a second time span based on the MRI images showing the examination region during the first time span; receiving one or more predicted MRI images showing the examination region during the second time span as output from the predictive model; and displaying and/or outputting the one or more predicted MRI images and/or storing the one or more predicted MRI images in a data storage medium.
いくつかの非限定的な実施形態または態様によると、MRI法における使用のための造影剤が提供され、本MRI法は、以下のステップ:造影剤を投与するステップであって、造影剤が検査領域に広がる、ステップと、第1の時間スパンの間の検査領域の複数のMRI画像を生成するステップと、生成したMRI画像を予測モデルに供給するステップであって、予測モデルが、第1の時間スパンの間の検査領域を示すMRI画像に基づいて、第2の時間スパンの間の検査領域を示す1つまたは複数のMRI画像を予測するように、教師あり学習によって訓練されている、ステップと、予測モデルからの出力として、第2の時間スパンの間の検査領域を示す1つまたは複数の予測MRI画像を受信するステップと、1つもしくは複数の予測MRI画像を表示および/もしくは出力する、ならびに/または1つもしくは複数の予測MRI画像をデータ記憶媒体に記憶するステップとを含む。 According to some non-limiting embodiments or aspects, a contrast agent for use in an MRI method is provided, the MRI method comprising the steps of: administering a contrast agent, the contrast agent spreading in an examination region; generating a plurality of MRI images of the examination region for a first time span; feeding the generated MRI images to a predictive model, the predictive model being trained by supervised learning to predict one or more MRI images showing the examination region for a second time span based on the MRI images showing the examination region for the first time span; receiving one or more predicted MRI images showing the examination region for the second time span as output from the predictive model; and displaying and/or outputting the one or more predicted MRI images and/or storing the one or more predicted MRI images in a data storage medium.
本開示の実施形態または態様に従う造影剤およびコンピュータプログラム製品を備えるキットがさらに提供される。 Further provided is a kit comprising an imaging agent and a computer program product according to an embodiment or aspect of the present disclosure.
本開示の非限定的な実施形態または態様は、実施形態の主題(方法、システム、コンピュータプログラム製品、使用、使用のための造影剤、キット)を区別することなく以下により具体的に解明される。逆に、以下の解明は、それらが発生する文脈(方法、システム、コンピュータプログラム製品、使用、使用のための造影剤、キット)とは関係なく、すべての実施形態のすべての主題に類似的に当てはまることが意図される。 Non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure are more specifically elucidated below without distinguishing the subject matter of the embodiments (method, system, computer program product, use, imaging agent for use, kit). Conversely, the following elucidations are intended to apply analogously to all subject matter of all embodiments, regardless of the context (method, system, computer program product, use, imaging agent for use, kit) in which they occur.
ステップが、本説明または特許請求項においてある順序で記載される場合、これは、実施形態または態様が記載された順序に制限されることは必ずしも意味しない。逆に、ステップはまた、1つのステップが別のステップの上に積み上げられる(これは積み上げステップが続いて実行されることを絶対的に必要とする(しかしながら、これは個々の場合に明白である))ということがない限り、異なる順序で、さもなければ互いに並列して実行されることが想定される。故に、記載された順序は、好ましい実施形態であり得る。 When steps are described in a certain order in the description or claims, this does not necessarily mean that the embodiment or aspect is limited to the order described. Conversely, steps are also envisioned to be performed in different orders or otherwise in parallel with one another, unless one step is stacked on top of another step, which absolutely requires that the stacked steps be performed one after the other (however, this is clear in each individual case). Thus, the order described may be a preferred embodiment.
本開示の非限定的な実施形態または態様は、MRI画像の生成における検査対象の検査の時間スパンを短縮する。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、これは、検査対象の検査領域のMRI画像が第1の時間スパンにおいて測定されること(磁気共鳴測定)、および測定されたMRI画像が次いで、自己学習アルゴリズムの助けを借りて、第2の時間スパンにおける検査領域を示す1つまたは複数のMRI画像を予測するために使用されること、によって達成される。検査対象に対する実際の磁気共鳴測定は、故に、本開示に制限され、第2の時間スパンを包含しない。第1の時間スパンの間の検査領域を示すMRI画像は、第2の時間スパンの予測を可能にする情報を含む。 Non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure shorten the time span of the examination of the subject in the generation of the MRI image. In some non-limiting embodiments or aspects, this is achieved by MRI images of the examination area of the subject being measured in a first time span (magnetic resonance measurement), and the measured MRI images are then used to predict, with the aid of a self-learning algorithm, one or more MRI images showing the examination area in a second time span. The actual magnetic resonance measurement of the subject is therefore limited to this disclosure and does not encompass the second time span. The MRI images showing the examination area during the first time span contain information that allows the prediction of the second time span.
“検査対象”は、通常、生物、好ましくは哺乳動物、非常に具体的には、好ましくはヒトであり得る。検査領域は、検査対象の一部分、例えば、器官または器官の一部分であり得る。非限定的な実施形態または態様において、検査領域は、哺乳動物(例えば、ヒト)の肝臓または肝臓の一部分である。 The "test subject" may typically be a living organism, preferably a mammal, very specifically, preferably a human. The test area may be a part of the test subject, for example an organ or a part of an organ. In a non-limiting embodiment or aspect, the test area is the liver or a part of the liver of a mammal (e.g., a human).
画像体積とも呼ばれる“検査領域”(視野、FOV)は、特に、磁気共鳴画像において撮像される体積であり得る。一般的に、3次元視野は、1つまたは複数の体積要素またはボクセルからなると言うことができる。2次元FOVが検討されている場合、1つもしくは複数のボクセルまたは1つもしくは複数のピクセル(画素)からなると言うことができる。検査領域は、典型的には、例えば概観画像に対して、放射線科医によって規定され得る(ローカライザ)。検査領域が、代替的または追加的に、例えば、選択されたプロトコルに基づいて、自動的に規定され得ることは自明である。 The "examination region" (field of view, FOV), also called image volume, may in particular be the volume imaged in a magnetic resonance image. In general, it can be said that a three-dimensional field of view consists of one or more volume elements or voxels. If a two-dimensional FOV is considered, it can be said to consist of one or more voxels or one or more pixels (picture elements). The examination region can typically be defined by a radiologist (localizer), for example on an overview image. It is self-evident that the examination region can alternatively or additionally be defined automatically, for example based on a selected protocol.
検査領域は、基本磁場内へ導入される。検査領域は、MRI法の対象となり、これが、第1の時間スパンの間の検査領域を示す複数のMRI画像を生成する。 An examination region is introduced into the base magnetic field. The examination region is subjected to an MRI procedure, which generates a number of MRI images indicative of the examination region during a first time span.
複数という用語は、少なくとも2つのMRI画像または測定値、好ましくは少なくとも3つ、非常に具体的には、好ましくは少なくとも4つのMRI画像または測定値が生成されることを意味する。 The term multiple means that at least two MRI images or measurements are generated, preferably at least three, and very specifically, preferably at least four MRI images or measurements.
検査領域に広がる造影剤は、検査対象に投与される。造影剤は、好ましくは、体重適合様式で、ボーラスとして静脈内に投与される。 The contrast agent that spreads to the examination region is administered to the subject. The contrast agent is preferably administered intravenously as a bolus in a weight-matched manner.
“造影剤”は、磁気共鳴測定におけるその存在が改変信号をもたらす物質または物質混合物を意味すると理解される。好ましくは、造影剤は、T1緩和時間および/またはT2緩和時間の短縮をもたらす。 "Contrast agent" is understood to mean a substance or mixture of substances whose presence in a magnetic resonance measurement leads to an altered signal. Preferably, the contrast agent leads to a shortening of the T1 and/or T2 relaxation times.
好ましくは、造影剤は、例えば、Gd-EOB-DTPAまたはGd-BOPTAなどの肝胆道造影剤である。 Preferably, the contrast agent is a hepatobiliary contrast agent, such as Gd-EOB-DTPA or Gd-BOPTA.
特に好ましい実施形態において、造影剤は、造影強化活性物質として、ガドキセト酸またはガドキセト酸塩を有する物質または物質混合物である。非常に具体的に好ましいのは、ガドキセト酸のジナトリウム塩(Gd-EOB-DTPAジナトリウム)である。 In a particularly preferred embodiment, the contrast agent is a substance or mixture of substances having gadoxetic acid or a gadoxetate salt as the contrast enhancing active substance. Very particularly preferred is the disodium salt of gadoxetic acid (disodium Gd-EOB-DTPA).
好ましくは、第1の時間スパンは、造影剤の投与の前、または造影剤の投与と共に、開始する。造影剤なしに検査領域を示す1つまたは複数のMRI画像が生成されるときが有利であるが、それは、放射線科医がそのような画像内で検査対象の健康の状態に関する重要な情報を既に獲得することができるためである。例えば、放射線科医は、そのようなネイティブMRI画像内で出血を識別することができる。 Preferably, the first time span starts before or together with the administration of the contrast agent. It is advantageous when one or more MRI images are generated showing the examination area without contrast agent, since the radiologist can already obtain important information about the state of the subject's health in such images. For example, the radiologist can identify bleeding in such native MRI images.
第1の時間スパンは、好ましくは、検査領域内に分布する造影剤を包含する。好ましくは、第1の時間スパンは、検査対象の肝臓または肝臓の一部分の動的造影強化磁気共鳴断層撮影における動脈相および/または門脈相および/または後期相を包含する。記載の相は、例えば、以下の刊行物:J.Magn.Reson.Imaging,2012,35(3):492-511,doi:10.1002/jmri.22833; Clujul Medical,2015,Vol.88 no.4:438-448,DOI:10.15386/cjmed-414; Journal of Hepatology,2019,Vol.71:534-542, http://dx.doi.org/10.1016/j.jhep.2019.05.005)に規定および説明される。 The first time span preferably includes the contrast agent distributed in the examination region. Preferably, the first time span includes the arterial phase and/or the portal venous phase and/or the late phase in dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging of the liver or part of the liver of the examination subject. The mentioned phases are defined and explained, for example, in the following publications: J.Magn.Reson.Imaging,2012,35(3):492-511,doi:10.1002/jmri.22833; Clujul Medical,2015,Vol.88 no.4:438-448,DOI:10.15386/cjmed-414; Journal of Hepatology,2019,Vol.71:534-542, http://dx.doi.org/10.1016/j.jhep.2019.05.005).
好ましい実施形態において、第1の時間スパンは、検査対象の肝臓または肝臓の一部分のそのようなMRI画像が生成されるように選択され、 In a preferred embodiment, the first time span is selected such that an MRI image of the liver or a portion of the liver of the subject is generated,
造影剤なしの検査領域を示し、 Shows the examination area without contrast agent,
造影剤が動脈を介して検査領域内に広がる動脈相の間の検査領域を示し、 Shows the examination area during the arterial phase, when contrast agent spreads through the arteries into the examination area,
造影剤が門脈を介して検査領域に到達する門脈相の間の検査領域を示し、 Indicates the area of examination during the portal venous phase, when contrast agent reaches the area of examination via the portal vein,
動脈および静脈内の造影剤の濃度が低下し、血管外組織および/または肝細胞内の造影剤の濃度が上昇する後期相の間の検査領域を示す。 Shows the area examined during the late phase, when the concentration of contrast agent in arteries and veins decreases and the concentration of contrast agent in extravascular tissues and/or liver cells increases.
好ましくは、第1の時間スパンは、造影剤の投影前1分~1秒の時間スパン内で、または造影剤の投与と共に、開始し、造影剤の投与から2分~15分、好ましくは2分~13分、さらにより好ましくは3分~10分の時間スパンにわたって継続する。造影剤は非常に緩徐に腎臓および/または胆道で排出されるため、広範な時間スパンは、造影剤の投与後、最大で2時間以上におよび得る。 Preferably, the first time span begins within a time span of 1 minute to 1 second before the projection of the contrast agent or with administration of the contrast agent and continues for a time span of 2 minutes to 15 minutes, preferably 2 minutes to 13 minutes, even more preferably 3 minutes to 10 minutes from administration of the contrast agent. Since the contrast agent is very slowly excreted by the kidneys and/or biliary tract, the extended time span can extend up to 2 hours or more after administration of the contrast agent.
造影剤は異なる検査対象においては様々な速さで広がり得るため、第1の時間スパンはまた、検査領域の異なるエリアにおける造影剤の濃度により規定され得る。1つの可能性が図1に描写される。 Because the contrast agent may spread at different rates in different examination subjects, the first time span may also be defined by the concentration of the contrast agent in different areas of the examination region. One possibility is depicted in FIG. 1.
図1は、肝臓動脈(A)、肝臓静脈(V)、および健康な肝細胞(P)における造影剤の濃度の経時的プロファイルを概略的に示す。濃度は、時間tの関数としての磁気共鳴測定における記載のエリア(肝臓動脈、肝臓静脈、肝細胞)内の信号強度Iの形態で描写される。静脈内ボーラス注射の際、造影剤の濃度は、第一に肝臓動脈(A)内で上昇する(破線曲線)。濃度は、最大を通過し、次いで降下する。肝臓静脈(V)内の濃度は、肝臓動脈内よりも緩徐に上昇し、後にその最大に到達する(点線曲線)。健康な肝細胞(P)内の造影剤の濃度は、緩徐に上昇し(連続曲線)、はるかに後の時間点(図1には描写されない)においてのみその最大に到達する。いくつかの特徴的な時間点が規定され得る。時間点TP0において、造影剤は、ボーラスとして静脈内に投与される。時間点TP1において、肝臓動脈内の造影剤の濃度(信号強度)は、その最大に到達する。時間点TP2において、肝臓動脈および肝臓静脈の信号強度の曲線は交差する。時間点TP3において、肝臓静脈内の造影剤の濃度(信号強度)は、その最大を通過する。時間点TP4において、肝臓動脈および肝細胞の信号強度の曲線は交差する。時間点T5において、肝臓動脈および肝臓静脈内の濃度は、それらがもはや測定可能な造影強化を引き起こさないレベルまで降下している。 Figure 1 shows a schematic representation of the time profile of the concentration of the contrast agent in the hepatic artery (A), hepatic vein (V) and healthy liver cells (P). The concentration is depicted in the form of signal intensity I in the stated areas (hepatic artery, hepatic vein, hepatic cells) in the magnetic resonance measurement as a function of time t. Upon intravenous bolus injection, the concentration of the contrast agent rises first in the hepatic artery (A) (dashed curve). The concentration passes through a maximum and then falls. The concentration in the hepatic vein (V) rises more slowly than in the hepatic artery and reaches its maximum later (dotted curve). The concentration of the contrast agent in healthy liver cells (P) rises slowly (continuous curve) and reaches its maximum only at a much later time point (not depicted in Figure 1). Several characteristic time points can be defined. At time point TP0, the contrast agent is administered intravenously as a bolus. At time point TP1, the concentration (signal intensity) of the contrast agent in the hepatic artery reaches its maximum. At time point TP2, the hepatic artery and hepatic vein signal intensity curves intersect. At time point TP3, the concentration (signal intensity) of the contrast agent in the hepatic vein passes through its maximum. At time point TP4, the hepatic artery and hepatocyte signal intensity curves intersect. At time point T5, the concentrations in the hepatic artery and hepatic vein have dropped to a level where they no longer cause measurable contrast enhancement.
好ましい実施形態において、第1の時間スパンは、少なくとも時間点TP0、TP1、TP2、TP3、およびTP4を包含する。 In a preferred embodiment, the first time span includes at least time points TP0, TP1, TP2, TP3, and TP4.
好ましい実施形態において、TP0~TP1の時間スパン、TP1~TP2の時間スパン、TP2~TP3の時間スパン、およびTP3~TP4の時間スパンにおけるすべての相の少なくともMRI画像が生成される(測定によって)。 In a preferred embodiment, MRI images are generated (by measurement) of at least all phases in the time spans TP0-TP1, TP1-TP2, TP2-TP3, and TP3-TP4.
TP0~TP1、TP1~TP2、TP2~TP3、TP3~TP4の時間スパンにおいて、1つまたは複数のMRI画像がその都度(測定によって)生成されることが想定される。1つまたは複数の時間スパンの間、MRI画像のシーケンスが(測定によって)生成されることも想定される。 It is assumed that in the time spans TP0-TP1, TP1-TP2, TP2-TP3, TP3-TP4, one or more MRI images are generated (by measurements) in each case. It is also assumed that a sequence of MRI images is generated (by measurements) during one or more time spans.
シーケンスという用語は、時系列、すなわち、生成されるものが連続した時間点における検査領域を示す複数のMRI画像であることを意味する。 The term sequence refers to a time series, i.e. what is produced is multiple MRI images showing the examination area at successive points in time.
時間点は、各MRI画像に割り当てられるか、または時間点は、各MRI画像に割り当てられ得る。通常、この時間点は、MRI画像が生成されている時間点(絶対時間)である。当業者は、MRI画像の生成が特定の時間スパンを使用することを認識している。MRI画像に割り当てられ得るものは、例えば、取得の開始の時間点または取得の完了の時間点である。しかしながら、任意の時間点がMRI画像に割り当てられる(例えば、相対時間点)ことも想定される。 A time point is assigned to each MRI image or a time point can be assigned to each MRI image. Typically, this time point is the time point at which the MRI image is being generated (absolute time). Those skilled in the art will recognize that the generation of an MRI image uses a particular time span. What may be assigned to an MRI image is, for example, the time point of the start of acquisition or the time point of the completion of acquisition. However, it is also contemplated that any time point can be assigned to an MRI image (e.g., a relative time point).
時間点に基づいて、MRI画像は、別のMRI画像に対して経時的に配置され得、このMRI画像の時間点に基づいて、MRI画像内に示される瞬間が、別のMRI画像内に示される瞬間より経時的に前に、または経時的に後に起きたかを確立することが可能である。 Based on the time point, an MRI image can be positioned chronologically relative to another MRI image, and based on the time point of this MRI image, it is possible to establish whether a moment shown in an MRI image occurred chronologically before or after a moment shown in another MRI image.
好ましくは、MRI画像は、一連および複数のMRI画像において経時的に順序付けされ、その結果として、検査領域の初期状態を示すMRI画像は、一連および複数のMRI画像において、検査領域の後期状態を示すMRI画像の前に配置される。 Preferably, the MRI images are chronologically ordered in the series and plurality of MRI images, such that an MRI image showing an initial state of the examination region is placed before an MRI image showing a later state of the examination region in the series and plurality of MRI images.
一連および複数のMRI画像内の互いの直後の2つのMRI画像の間の時間スパンは、好ましくは、一連および複数のMRI画像内の互いの直後のMRI画像のすべての対について同一であり、すなわち、MRI画像は、好ましくは、一定の取得速度で生成されたものである。 The time span between two MRI images immediately following each other in the series and plurality of MRI images is preferably the same for all pairs of MRI images immediately following each other in the series and plurality of MRI images, i.e., the MRI images are preferably generated at a constant acquisition rate.
第1の時間スパンの間に(測定によって)生成されるMRI画像に基づいて、1つのMRI画像が予測されるか、または第2の時間スパンの間の検査領域を示す複数のMRI画像が予測される。 Based on the MRI images generated (by measurements) during the first time span, one MRI image is predicted or multiple MRI images showing the examination area are predicted during the second time span.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、第2の時間スパンは、第1の時間スパンの後に続く。 In some non-limiting embodiments or aspects, the second time span follows the first time span.
第2の時間スパンは、好ましくは、肝胆道相内の時間スパン、好ましくは造影剤の投与後少なくとも10分、好ましくは造影剤の投与後少なくとも20分に開始する時間スパンである。 The second time span is preferably a time span within the hepatobiliary phase, preferably a time span beginning at least 10 minutes after administration of the contrast agent, preferably beginning at least 20 minutes after administration of the contrast agent.
第1の時間スパンの間の検査領域を示す複数の測定MRI画像は、予測モデルに供給される。予測モデルは、第1の時間スパンの間の検査領域を示す複数のMRI画像に基づいて、第2の時間スパンを示す検査領域を示す1つまたは複数のMRI画像を予測するように構成されるモデルである。 The plurality of measured MRI images showing the examination region during the first time span are provided to a prediction model. The prediction model is a model configured to predict one or more MRI images showing the examination region showing a second time span based on the plurality of MRI images showing the examination region during the first time span.
これに関連して、用語“予測”は、第2の時間スパンの間の検査領域を示すMRI画像が、第1の時間スパンの間の検査領域を示すMRI画像を使用して計算されることを意味する。 In this context, the term "prediction" means that an MRI image showing the examination area during the second time span is calculated using an MRI image showing the examination area during the first time span.
予測モデルは、好ましくは、教師あり機械学習プロセスにおいて自己学習アルゴリズムの助けを借りて作成されたものである。学習は、第1および第2の時間スパンの多様なMRI画像を含む訓練データを使用することによって達成される。 The predictive model is preferably created with the aid of a self-learning algorithm in a supervised machine learning process. Learning is accomplished by using training data that includes a variety of MRI images of the first and second time spans.
自己学習アルゴリズムは、機械学習の間、訓練データに基づく統計的モデルを生成する。これは、例が単に暗記されるのではなく、アルゴリズムが訓練データ内のパターンおよび規則性を“認識する”ことを意味する。故に、予測モデルは、未知のデータを査定することができる。検証データは、未知のデータの査定の質を試験するために使用され得る。 During machine learning, a self-learning algorithm generates a statistical model based on training data. This means that examples are not simply memorized, but the algorithm "recognizes" patterns and regularities in the training data. Thus, the predictive model is able to assess unseen data. Validation data can be used to test the quality of the assessment of unknown data.
予測モデルは、教師あり学習によって訓練され、すなわち、第1の時間スパンからの複数のMRI画像が、アルゴリズムに連続して提示され、第2の時間スパン内のMRI画像のうちのどれがこれらの複数のMRI画像と関連付けられるかが通知される。次いで、アルゴリズムは、第1の時間スパンの未知の複数のMRI画像ついて第2の時間スパン内の1つまたは複数のMRI画像を予測するために、第1の時間スパンの複数のMRI画像と第2の時間スパンのMRI画像との関係性を学習する。 The predictive model is trained by supervised learning, i.e., multiple MRI images from a first time span are presented to the algorithm in succession and it is informed which of the MRI images in the second time span are associated with these multiple MRI images. The algorithm then learns the relationship between the multiple MRI images of the first time span and the MRI images of the second time span in order to predict one or more MRI images in the second time span for the unknown multiple MRI images of the first time span.
教師あり学習によって訓練される自己学習システムは、例えば、C. Perez: Machine Learning Techniques: Supervised Learning and Classification, Amazon Digital Services LLC - Kdp Print Us,2019,ISBN 1096996545, 9781096996545に広く説明される。 Self-learning systems trained by supervised learning are extensively described, for example, in C. Perez: Machine Learning Techniques: Supervised Learning and Classification, Amazon Digital Services LLC - Kdp Print Us, 2019, ISBN 1096996545, 9781096996545.
好ましくは、予測モデルは、人工ニューラルネットワークである。 Preferably, the predictive model is an artificial neural network.
そのような人工ニューラルネットワークは、処理要素の少なくとも3つの層:入力ニューロン(ノード)を有する第1の層、少なくとも1つの出力ニューロン(ノード)を有する第Nの層、および第N-2の内層を備え、Nは、自然数であり、2よりも大きい。 Such an artificial neural network comprises at least three layers of processing elements: a first layer with input neurons (nodes), an Nth layer with at least one output neuron (node), and an N-2th inner layer, where N is a natural number greater than 2.
入力ニューロンは、入力値としてデジタルMRI画像を受信する役割を果たす。通常、デジタルMRI画像のピクセルまたはボクセルごとに1つの入力ニューロンが存在する。追加の入力値(例えば、検査領域に関する情報、検査対象に関する情報、および/またはMRI画像を生成するときに優先される健康状態に関する情報)のための追加の入力ニューロンが存在し得る。 The input neurons are responsible for receiving the digital MRI image as an input value. Typically, there is one input neuron for each pixel or voxel of the digital MRI image. There may be additional input neurons for additional input values (e.g., information about the examination region, information about the examination subject, and/or information about health conditions that are prioritized when generating the MRI image).
そのようなネットワークにおいて、出力ニューロンは、第1の時間スパンの複数のMRI画像について第2の時間スパンの1つまたは複数のMRI画像を予測する役割を果たす。 In such a network, the output neurons serve to predict one or more MRI images of a second time span given multiple MRI images of a first time span.
入力ニューロンと出力ニューロンとの間の層の処理要素は、既定の結合重みを伴う既定のパターンで互いに結合される。 The processing elements of the layer between the input and output neurons are connected to each other in a predefined pattern with predefined connection weights.
好ましくは、人工ニューラルネットワークは、いわゆる畳み込みニューラルネットワーク(略してCNN)である。 Preferably, the artificial neural network is a so-called convolutional neural network (abbreviated as CNN).
畳み込みニューラルネットワークは、行列の形態にある入力データを処理することができる。これは、行列(例えば、幅×高さ×色チャネル)として描写されるデジタルMRI画像を入力データとして使用することを可能にする。対照的に、例えば多層パーセプトロン(MLP)の形態にある、通常のニューラルネットワークは、入力としてベクトルを必要とし、すなわち、MRI画像を入力として使用するため、MRI画像のピクセルまたはボクセルは、長鎖で連続的にロールアウトされる必要がある。その結果、通常のニューラルネットワークは、例えば、MRI画像内の物体の位置から独立してMRI画像内の物体を認識することはできない。MRI画像内の異なる位置における同じ物体は、全く異なる入力ベクトルを有する。 A convolutional neural network can process input data in the form of a matrix. This makes it possible to use a digital MRI image, which is depicted as a matrix (e.g. width x height x color channels), as input data. In contrast, a regular neural network, for example in the form of a multi-layer perceptron (MLP), requires a vector as input, i.e., to use an MRI image as input, the pixels or voxels of the MRI image need to be rolled out successively in a long chain. As a result, a regular neural network cannot, for example, recognize an object in an MRI image independently of the object's location in the MRI image. The same object at different locations in the MRI image will have completely different input vectors.
CNNは、交互に繰り返されるフィルタ(畳み込み層)および集約層(プーリング層)、ならびに最後に、“通常の”完全に結合したニューロン(高密度層/全結合層)の1つの層または複数の層から本質的になる。 CNNs essentially consist of alternating filters (convolutional layers) and aggregation layers (pooling layers), and finally one or more layers of "normal" fully connected neurons (dense layers/fully connected layers).
シーケンス(MRI画像のシーケンス)を分析するとき、空間および時間は、同等の次元として取り扱われ、例えば、3D折り畳みにより処理され得る。これは、Baccoucheら(Sequential Deep Learning for Human Action Recognition; International Workshop on Human Behavior Understanding, Springer 2011,pages 29-39)、およびJiら(3D Convolutional Neural Networks for Human Action Recognition, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,35(1),221-231)による論文に示されている。さらには、Karpathyら(Large-scale Video Classification with Convolutional Neural Networks; Proceedings of the IEEE conference on Computer Vision and Pattern Recognition,2014,pages 1725-1732)、およびSimonyan&Zisserman(Two-stream Convolutional Networks for Action Recognition in Videos; Advances in Neural Information Processing Systems,2014,pages 568-576)による刊行物において説明されるように、時間および空間に関与している異なるネットワークを訓練し、最後に特徴を併合することが可能である。 When analyzing sequences (sequences of MRI images), space and time can be treated as equivalent dimensions and processed, for example, by 3D folding. This is shown in the papers by Baccouché et al. (Sequential Deep Learning for Human Action Recognition; International Workshop on Human Behavior Understanding, Springer 2011, pages 29-39) and Ji et al. (3D Convolutional Neural Networks for Human Action Recognition, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 35(1), 221-231). Furthermore, it is possible to train different networks involved in time and space and finally merge the features, as explained in the publications by Karpathy et al. (Large-scale Video Classification with Convolutional Neural Networks; Proceedings of the IEEE conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2014, pages 1725-1732) and Simonyan & Zisserman (Two-stream Convolutional Networks for Action Recognition in Videos; Advances in Neural Information Processing Systems, 2014, pages 568-576).
リカレントニューラルネットワーク(RNN)は、層同士のフィードバック結合を含むいわゆるフィードフォワードニューラルネットワークのファミリーである。RNNは、ニューラルネットワークの異なる部分を介したパラメータデータの共通利用によって、順次データのモデリングを可能にする。RNNのためのアーキテクチャは、サイクルを含む。サイクルは、RNNからの出力データの少なくとも一部分が、シーケンス内の後続入力を処理するためのフィードバックとして使用されるため、変数の現在の値の、将来の時間点における独自の値に対する影響を表す。
詳細は、例えば、S.Khanら:A Guide to Convolutional Neural Networks for Computer Vision, Morgan & Claypool Publishers 2018,ISBN 1681730227, 9781681730226から収集され得る。
Recurrent Neural Networks (RNNs) are a family of so-called feed-forward neural networks that contain feedback connections between layers. RNNs allow for the modeling of sequential data by common use of parameter data through different parts of the neural network. The architecture for RNNs includes cycles that represent the influence of the current value of a variable on its own value at a future point in time, since at least a portion of the output data from the RNN is used as feedback to process subsequent inputs in the sequence.
Details can be gleaned, for example, from S. Khan et al.: A Guide to Convolutional Neural Networks for Computer Vision, Morgan & Claypool Publishers 2018, ISBN 1681730227, 9781681730226.
ニューラルネットワークの訓練は、例えば、バックプロパゲーション法によって実行され得る。これに関連して、ネットワークに対して求められるのは、できる限り信頼性の高い、所与の出力ベクトルへの所与の入力ベクトルのマッピングである。マッピング品質は、誤差関数により説明される。目標は、誤差関数を最小限にすることである。バックプロパゲーション法の場合、人工ニューラルネットワークは、結合重みを変更することによって教示される。 The training of a neural network can be carried out, for example, by the backpropagation method. In this context, what is required of the network is a mapping of a given input vector to a given output vector that is as reliable as possible. The mapping quality is described by an error function. The goal is to minimize the error function. In the backpropagation method, the artificial neural network is taught by modifying the connection weights.
訓練された状態において、処理要素間の結合重みは、第1の時間スパンの間の検査領域を示す新規の複数のMRI画像について第2の時間スパンの間の検査領域を示す1つまたは複数のMRI画像を予測するために使用され得る、第1の時間スパンの複数のMRI画像と第2の時間スパンのMRI画像との関係性に関する情報を含む。 In the trained state, the connection weights between the processing elements contain information about the relationship between the multiple MRI images of the first time span and the MRI images of the second time span, which can be used to predict one or more MRI images showing the examination area during the second time span for a new multiple MRI images showing the examination area during the first time span.
交差検証法は、データを訓練データセットおよび検証データセットに分割するために使用され得る。訓練データセットは、ネットワーク重みのバックプロパゲーション訓練に使用される。検証データセットは、訓練されたネットワークが未知の複数のMRI画像に適用され得る予測の正確性をチェックするために使用される。 Cross-validation methods can be used to split the data into a training data set and a validation data set. The training data set is used for backpropagation training of the network weights. The validation data set is used to check the accuracy of predictions that the trained network can be applied to multiple unknown MRI images.
既に示されるように、検査対象、検査領域、および/または検査条件に関する更なる情報はまた、訓練、検証、および予測のために使用され得る。 As already indicated, further information regarding the test subject, test area, and/or test conditions may also be used for training, validation, and prediction.
検査対象に関する情報の例は、性別、年齢、体重、身長、既往歴、既に摂取した薬剤の働きおよび持続期間および量、血圧、中心静脈圧、呼吸数、血清アルブミン、総ビリルビン量、血糖、鉄含量、肺活量等である。これらは、例えば、データベースまたは電子患者ファイルから収集され得る。 Examples of information about the subject are sex, age, weight, height, medical history, the effect and duration and amount of medications already taken, blood pressure, central venous pressure, respiratory rate, serum albumin, total bilirubin, blood glucose, iron content, lung capacity, etc. These can be collected, for example, from a database or electronic patient file.
検査領域に関する情報の例は、以前から存在する健康状態、手術、肺部分切除術、肝移植、肝臓の鉄、脂肪肝等である。 Examples of information about areas of examination include pre-existing health conditions, surgeries, partial lung resections, liver transplants, liver iron, fatty liver, etc.
第1の時間スパンの間の検査領域を示す複数のMRI画像は、それらが予測モデルに供給される前に、運動補正の対象となることが想定される。そのような運動補正は、第1のMRI画像のピクセルまたはボクセルが、経時的に下流にある第2のMRI画像の対応するピクセルまたはボクセルと同じ検査領域を示すことを確実にする。運動補正法は、欧州特許第3118644号、欧州特許第3322997号、米国特許第20080317315号、米国特許第20170269182号、米国特許第20140062481号、欧州特許第2626718号に説明される。 It is envisaged that the multiple MRI images showing the examination region during the first time span are subject to motion correction before they are fed into the predictive model. Such motion correction ensures that pixels or voxels of a first MRI image show the same examination region as corresponding pixels or voxels of a second MRI image downstream in time. Motion correction methods are described in EP 3118644, EP 3322997, US 20080317315, US 20170269182, US 20140062481, EP 2626718.
非限定的な実施形態または態様に従うシステムは、非限定的な実施形態または態様に従う方法を実行し得る。 A system according to any non-limiting embodiment or aspect may perform a method according to any non-limiting embodiment or aspect.
本システムは、受信装置、制御および計算装置、ならびに出力装置を備える。 The system includes a receiving device, a control and computing device, and an output device.
記載された装置は、単一のコンピュータシステムの構成要素であることが想定されるが、記載された装置は、1つの装置から別の装置へデータおよび/または制御信号を送信するため、ネットワークを介して互いに結合される、複数の別個のコンピュータシステムの構成要素であることも想定される。 Although it is contemplated that the described devices are components of a single computer system, it is also contemplated that the described devices are components of multiple separate computer systems that are coupled together via a network for transmitting data and/or control signals from one device to another.
“コンピュータシステム”は、プログラム可能な計算規則によってデータを処理する電子データ処理のためのシステムである。そのようなシステムは、通常、“コンピュータ”を備え、そのような装置は、論理演算を実施するためのプロセッサ、およびさらに周辺装置を備える。 A "computer system" is a system for electronic data processing that processes data by programmable computational rules. Such a system typically comprises a "computer" and such a device comprises a processor for performing logical operations, and further peripheral devices.
コンピュータ技術において、“周辺装置”とは、コンピュータに結合され、コンピュータの制御に役立つ、ならびに/または入力および出力デバイスとしての役割を果たす、すべてのデバイスを指す。それらの例は、モニタ(スクリーン)、プリンタ、スキャナ、マウス、キーボード、ドライブ、カメラ、マイク、ラウドスピーカなどである。内部ポートおよび拡張カードもまた、コンピュータ技術においては周辺装置であると見なされる。 In computer technology, a "peripheral" refers to any device that is coupled to a computer and that helps control the computer and/or acts as an input and output device. Examples are monitors (screens), printers, scanners, mice, keyboards, drives, cameras, microphones, loudspeakers, etc. Internal ports and expansion cards are also considered peripherals in computer technology.
今日のコンピュータシステムは、しばしば、デスクトップPC、ポータブルPC、ラップトップ、ノートブック、ネットブック、およびタブレットPC、ならびにいわゆるハンドヘルド(例えば、スマートフォン)に分割され、すべてのこれらのシステムは、本開示の実施形態または態様を実行するために利用され得る。 Today's computer systems are often divided into desktop PCs, portable PCs, laptops, notebooks, netbooks, and tablet PCs, as well as so-called handhelds (e.g., smartphones), and all these systems may be utilized to carry out embodiments or aspects of the present disclosure.
コンピュータシステムへの入力は、例えば、キーボード、マウス、マイク、および/または同様のものなど、入力手段により達成される。 Input into the computer system is accomplished by means of input means, such as, for example, a keyboard, mouse, microphone, and/or the like.
本システムは、第1の時間スパンの間の検査領域を示す複数のMRI画像を受信し、これらのデータおよび任意選択的に更なるデータに基づいて、第2の時間スパンの間の検査領域を示す1つまたは複数のMRI画像を生成する(予測する、計算する)ように構成され得る。 The system may be configured to receive a number of MRI images indicative of the examination area during a first time span, and generate (predict, calculate) one or more MRI images indicative of the examination area during a second time span based on these data and optionally further data.
制御および計算装置は、受信装置の制御、様々な装置間のデータおよび信号フローの整合、ならびにMRI画像の計算に役立つ。複数の制御および計算装置が存在することが想定される。 The control and computation device serves to control the receiving devices, coordinate data and signal flow between the various devices, and compute the MRI images. It is envisioned that there may be multiple control and computation devices.
受信装置は、複数のMRI画像の受信に役立つ。複数のMRI画像は、例えば、磁気共鳴システムから送信され得るか、またはデータ記憶媒体から読み出され得る。磁気共鳴システムは、システムの構成要素であり得る。しかしながら、システムは、磁気共鳴システムの構成要素であることも想定される。 The receiving device serves for receiving a plurality of MRI images. The plurality of MRI images can be transmitted from a magnetic resonance system or read from a data storage medium, for example. The magnetic resonance system can be a component of the system. However, it is also envisaged that the system is a component of a magnetic resonance system.
MRI画像のシーケンスおよび任意選択的に更なるデータは、受信装置から制御および計算装置へ送信される。 The sequence of MRI images and optionally further data is transmitted from the receiving device to a control and computing device.
制御および計算装置は、第1の時間スパンの間の検査領域を示す複数のMRI画像に基づいて、1つまたは複数のMRI画像を予測するように構成され、予測MRI画像は、第2の時間スパンの間の検査領域を示す。好ましくは、制御および計算装置のメモリ内に読み込まれ得るのは、第2の時間スパンのMRI画像を計算するために使用される予測モデルである。予測モデルは、好ましくは、教師あり学習によって、自己学習アルゴリズムの助けを借りて生成(訓練)されたものである。 The control and computing device is configured to predict one or more MRI images based on a plurality of MRI images showing the examination area during a first time span, the predicted MRI images showing the examination area during a second time span. Preferably, loaded into the memory of the control and computing device is a prediction model used to calculate the MRI images of the second time span. The prediction model is preferably generated (trained) by supervised learning with the help of a self-learning algorithm.
出力装置を介して、予測MRI画像は、(例えば、スクリーン上に)表示されるか、(例えば、プリンタを介して)出力されるか、またはデータ記憶媒体に記憶され得る。 Via the output device, the predicted MRI image can be displayed (e.g., on a screen), output (e.g., via a printer) or stored on a data storage medium.
更なる非限定的な実施形態または態様は、以下の番号付きの条項に明記される。 Further non-limiting embodiments or aspects are set forth in the following numbered clauses:
条項1.2つ以上の時間点において測定される患者の組織のボクセルのパラメータと関連付けられた測定情報を獲得するステップであって、2つ以上の時間点は、組織のボクセルの1つまたは複数の特性が、2つ以上の時間点のうちの単一の時間点において測定されるボクセルのパラメータに基づいて生成される画像において分離可能である前に発生する、ステップと、2つ以上の時間点におけるボクセルのパラメータに基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定するステップとを含む、コンピュータ実施方法。
条項2.組織のボクセルの1つまたは複数の特性は、患者および患者の健康状態のうちの少なくとも1つと関連付けられた情報に基づいてさらに決定される、条項1に記載のコンピュータ実施方法。
条項3.組織のボクセルの1つまたは複数の特性は、少なくとも1つの2つ以上の時間点に対応する時間点について決定される、条項1および2に記載のコンピュータ実施方法。
条項4.組織のボクセルの1つまたは複数の特性は、2つ以上の時間点の後の時間点について決定される、条項1~3のいずれか一項に記載のコンピュータ実施方法。
条項5.1つまたは複数の特性に基づいて、2つ以上の時間点の後の時間点における組織のボクセルの1つまたは複数の特性を含む1つまたは複数の画像を生成するステップをさらに含む、条項1~4のいずれか一項に記載のコンピュータ実施方法。
Clause 5. The computer-implemented method of any one of
条項6.患者の組織のボクセルのパラメータと関連付けられた測定情報が、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することと関連付けられた測定情報のしきい値量を含むことを決定するステップと、測定情報が測定情報のしきい値量を含むことを決定することに応答して、測定情報の取得を自動的に停止するように撮像システムを制御するステップとをさらに含む、条項1~5のいずれか一項に記載のコンピュータ実施方法。
Clause 6. The computer-implemented method of any one of
条項7.1つまたは複数の特性を決定するステップは、患者の組織のボクセルのパラメータと関連付けられた測定情報を予測モデルに供給することを含み、予測モデルは、2つ以上の時間点におけるパラメータと関連付けられた測定情報に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を予測するように、教師あり学習によって訓練されている、条項1~6のいずれか一項に記載のコンピュータ実施方法。
Clause 7. The computer-implemented method of any one of
条項8.1つまたは複数の特性を決定するステップは、組織のボクセルの薬物動力学的/薬力学的(PK/PD)モデルを、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングすること、および2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングされたPK/PDモデルに基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することを含む、条項1~7のいずれか一項に記載のコンピュータ実施方法。
Clause 8. The computer-implemented method of any one of
条項9.1つまたは複数の特性を決定するステップは、パラメータについて事前計算される複数の複数のPK/PD曲線のうちの1つのPK/PD曲線を、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングすること、および2つ以上の時間点におけるパラメータにフィッティングされたPK/PD曲線に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することを含む、条項1~8のいずれか一項に記載のコンピュータ実施方法。
Clause 9. The computer-implemented method of any one of
条項10.1つまたは複数の特性を決定するステップは、基底関数のセットを用いて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を表す曲線を近似すること、近似された曲線を、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングすること、および2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングされた近似された曲線に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することを含む、条項1~9のいずれか一項に記載のコンピュータ実施方法。
Clause 10. The computer-implemented method of any one of
条項11.1つまたは複数の特性を決定するステップは、基底関数のセットを用いてパラメータについて事前計算される複数の曲線のうちの1つの曲線を、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングすること、および2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングされた曲線に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することを含む、条項1~10のいずれか一項に記載のコンピュータ実施方法。
Clause 11. The computer-implemented method of any one of
条項12.2つ以上の時間点において測定される患者の組織のボクセルのパラメータと関連付けられた測定情報を獲得することであって、2つ以上の時間点は、組織のボクセルの1つまたは複数の特性が、2つ以上の時間点のうちの単一の時間点において測定されるボクセルのパラメータに基づいて生成される画像において分離可能である前に発生する、獲得すること、および2つ以上の時間点におけるボクセルのパラメータに基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定すること、を行うようにプログラムおよび/または構成される1つまたは複数のプロセッサを備えるシステム。 Clause 12. A system comprising one or more processors programmed and/or configured to: acquire measurement information associated with parameters of voxels of a patient's tissue measured at two or more time points, the two or more time points occurring before one or more properties of the tissue voxels are separable in an image generated based on parameters of the voxels measured at a single one of the two or more time points; and determine one or more properties of the tissue voxels based on the parameters of the voxels at the two or more time points.
条項13.組織のボクセルの1つまたは複数の特性は、患者および患者の健康状態のうちの少なくとも1つと関連付けられた情報に基づいてさらに決定される、条項12に記載のシステム。 Clause 13. The system of clause 12, wherein the one or more characteristics of the tissue voxels are further determined based on information associated with at least one of the patient and a health state of the patient.
条項14.組織のボクセルの1つまたは複数の特性は、少なくとも1つの2つ以上の時間点に対応する時間点について決定される、条項12および13のいずれか一項に記載のシステム。 Clause 14. The system of any one of clauses 12 and 13, wherein one or more properties of a voxel of tissue are determined for at least one time point corresponding to two or more time points.
条項15.組織のボクセルの1つまたは複数の特性は、2つ以上の時間点の後の時間点について決定される、条項12~14のいずれか一項に記載のシステム。 Clause 15. The system of any one of clauses 12-14, wherein one or more properties of a voxel of tissue are determined for two or more subsequent time points.
条項16.1つまたは複数のプロセッサは、1つまたは複数の特性に基づいて、2つ以上の時間点の後の時間点における組織のボクセルの1つまたは複数の特性を含む1つまたは複数の画像を生成するようにさらにプログラムおよび/または構成される、条項12~15のいずれか一項に記載のシステム。 Clause 16. The system of any one of clauses 12-15, wherein the one or more processors are further programmed and/or configured to generate one or more images including one or more properties of the tissue voxels at time points subsequent to the two or more time points based on the one or more properties.
条項17.1つまたは複数のプロセッサは、患者の組織のボクセルのパラメータと関連付けられた測定情報が、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することと関連付けられた測定情報のしきい値量を含むことを決定し、測定情報が測定情報のしきい値量を含むことを決定することに応答して、測定情報の取得を自動的に停止するように撮像システムを制御するようにさらにプログラムおよび/または構成される、条項12~16のいずれか一項に記載のシステム。 Clause 17. The system of any one of clauses 12-16, wherein the one or more processors are further programmed and/or configured to determine that the measurement information associated with a parameter of a voxel of the patient's tissue includes a threshold amount of measurement information associated with determining one or more characteristics of the voxel of the tissue, and to control the imaging system to automatically stop acquiring the measurement information in response to determining that the measurement information includes the threshold amount of measurement information.
条項18.1つまたは複数のプロセッサは、患者の組織のボクセルのパラメータと関連付けられた測定情報を予測モデルに供給することによって1つまたは複数の特性を決定するようにさらにプログラムおよび/または構成され、予測モデルは、2つ以上の時間点におけるパラメータと関連付けられた測定情報に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を予測するように、教師あり学習によって訓練されている、条項12~17のいずれか一項に記載のシステム。 Clause 18. The system of any one of clauses 12-17, wherein the one or more processors are further programmed and/or configured to determine the one or more properties by providing measurement information associated with parameters of a voxel of the patient's tissue to a predictive model, the predictive model being trained by supervised learning to predict the one or more properties of the voxel of the tissue based on the measurement information associated with the parameters at two or more time points.
条項19.1つまたは複数のプロセッサは、組織のボクセルの薬物動力学的/薬力学的(PK/PD)モデルを、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングすること、および2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングされたPK/PDモデルに基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することによって1つまたは複数の特性を決定するようにさらにプログラムおよび/または構成される、条項12~18のいずれか一項に記載のシステム。 Clause 19. The system of any one of clauses 12-18, wherein the one or more processors are further programmed and/or configured to determine the one or more properties by fitting a pharmacokinetic/pharmacodynamic (PK/PD) model of the tissue voxel to parameters of the tissue voxel measured at the two or more time points, and determining the one or more properties of the tissue voxel based on the PK/PD model fitted to the parameters of the tissue voxel measured at the two or more time points.
条項20.1つまたは複数のプロセッサは、パラメータについて事前計算される複数の複数のPK/PD曲線のうちの1つのPK/PD曲線を、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングすること、および2つ以上の時間点におけるパラメータにフィッティングされたPK/PD曲線に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することによって1つまたは複数の特性を決定するようにさらにプログラムおよび/または構成される、条項12~19のいずれか一項に記載のシステム。 Clause 20. The system of any one of clauses 12-19, wherein the one or more processors are further programmed and/or configured to determine the one or more characteristics by fitting a PK/PD curve of a plurality of pre-calculated PK/PD curves for the parameter to the parameter of the tissue voxel measured at two or more time points, and determining the one or more characteristics of the tissue voxel based on the PK/PD curves fitted to the parameter at the two or more time points.
条項21.1つまたは複数のプロセッサは、基底関数のセットを用いて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を表す曲線を近似すること、近似された曲線を、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングすること、および2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングされた近似された曲線に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することによって1つまたは複数の特性を決定するようにさらにプログラムおよび/または構成される、条項12~20のいずれか一項に記載のシステム。 Clause 21. The system of any one of clauses 12-20, wherein the one or more processors are further programmed and/or configured to determine the one or more characteristics by approximating a curve representing the one or more properties of the tissue voxels using a set of basis functions, fitting the approximated curve to parameters of the tissue voxels measured at two or more time points, and determining the one or more properties of the tissue voxels based on the approximated curve fitted to parameters of the tissue voxels measured at two or more time points.
条項22.1つまたは複数のプロセッサは、基底関数のセットを用いてパラメータについて事前計算される複数の曲線のうちの1つの曲線を、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングすること、および2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングされた曲線に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することによって1つまたは複数の特性を決定するようにさらにプログラムおよび/または構成される、条項12~21のいずれか一項に記載のシステム。 Clause 22. The system of any one of clauses 12-21, wherein the one or more processors are further programmed and/or configured to determine the one or more characteristics by fitting a curve of a plurality of curves pre-calculated for the parameters using a set of basis functions to the parameters of the tissue voxel measured at the two or more time points, and determining the one or more characteristics of the tissue voxel based on the curve fitted to the parameters of the tissue voxel measured at the two or more time points.
条項23.プログラム命令を含む少なくとも1つの非一時的なコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品であって、プログラム命令は、少なくとも1つのプロセッサによって実行されるとき、少なくとも1つのプロセッサに、2つ以上の時間点において測定される患者の組織のボクセルのパラメータと関連付けられた測定情報を獲得することであって、2つ以上の時間点は、組織のボクセルの1つまたは複数の特性が、2つ以上の時間点のうちの単一の時間点において測定されるボクセルのパラメータに基づいて生成される画像において分離可能である前に発生する、獲得すること、および2つ以上の時間点におけるボクセルのパラメータに基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定すること、を行わせる、コンピュータプログラム製品。 Clause 23. A computer program product comprising at least one non-transitory computer-readable medium including program instructions that, when executed by at least one processor, cause the at least one processor to: acquire measurement information associated with parameters of voxels of a patient's tissue measured at two or more time points, the two or more time points occurring before one or more properties of the tissue voxels are separable in an image generated based on parameters of the voxels measured at a single one of the two or more time points; and determine one or more properties of the tissue voxels based on the parameters of the voxels at the two or more time points.
条項24.組織のボクセルの1つまたは複数の特性は、患者および患者の健康状態のうちの少なくとも1つと関連付けられた情報に基づいてさらに決定される、条項23に記載のコンピュータプログラム製品。 Clause 24. The computer program product of clause 23, wherein the one or more characteristics of the tissue voxels are further determined based on information associated with at least one of a patient and a health state of the patient.
条項25.組織のボクセルの1つまたは複数の特性は、少なくとも1つの2つ以上の時間点に対応する時間点について決定される、条項23および24のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム製品。 Clause 25. The computer program product of any one of clauses 23 and 24, wherein one or more properties of a voxel of tissue are determined for at least one time point corresponding to two or more time points.
条項26.組織のボクセルの1つまたは複数の特性は、2つ以上の時間点の後の時間点について決定される、条項23~25のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム製品。 Clause 26. The computer program product of any one of clauses 23 to 25, wherein one or more properties of a voxel of tissue are determined for two or more subsequent time points.
条項27.命令は、少なくとも1つのプロセッサに、1つまたは複数の特性に基づいて、2つ以上の時間点の後の時間点における組織のボクセルの1つまたは複数の特性を含む1つまたは複数の画像を生成することをさらに行わせる、条項23~26のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム製品。 Clause 27. The computer program product of any one of clauses 23 to 26, wherein the instructions further cause the at least one processor to generate, based on the one or more characteristics, one or more images including the one or more characteristics of the voxels of the tissue at the time points subsequent to the two or more time points.
条項28.命令は、少なくとも1つのプロセッサに、患者の組織のボクセルのパラメータと関連付けられた測定情報が、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することと関連付けられた測定情報のしきい値量を含むことを決定し、測定情報が測定情報のしきい値量を含むことを決定することに応答して、測定情報の取得を自動的に停止するように撮像システムを制御することをさらに行わせる、条項23~27のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム製品。 Clause 28. The computer program product of any one of clauses 23 to 27, further comprising instructions to cause at least one processor to determine that the measurement information associated with a parameter of a voxel of the patient's tissue includes a threshold amount of measurement information associated with determining one or more characteristics of the voxel of the tissue, and to control the imaging system to automatically stop acquiring the measurement information in response to determining that the measurement information includes the threshold amount of measurement information.
条項29.命令は、少なくとも1つのプロセッサに、患者の組織のボクセルのパラメータと関連付けられた測定情報を予測モデルに供給することによって1つまたは複数の特性を決定することを行わせ、予測モデルは、2つ以上の時間点におけるパラメータと関連付けられた測定情報に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を予測するように、教師あり学習によって訓練されている、条項23~28のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム製品。 Clause 29. The computer program product of any one of clauses 23-28, wherein the instructions cause at least one processor to determine one or more properties by providing measurement information associated with parameters of a voxel of the patient's tissue to a predictive model, the predictive model being trained by supervised learning to predict one or more properties of the voxel of the tissue based on the measurement information associated with the parameters at two or more time points.
条項30.命令は、少なくとも1つのプロセッサに、組織のボクセルの薬物動力学的/薬力学的(PK/PD)モデルを、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングすること、および2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングされたPK/PDモデルに基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することによって、1つまたは複数の特性を決定することを行わせる、条項23~29のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム製品。 Clause 30. The computer program product of any one of clauses 23-29, wherein the instructions cause at least one processor to determine one or more properties by fitting a pharmacokinetic/pharmacodynamic (PK/PD) model of the tissue voxel to parameters of the tissue voxel measured at two or more time points, and determining one or more properties of the tissue voxel based on the PK/PD model fitted to the parameters of the tissue voxel measured at two or more time points.
条項31.命令は、少なくとも1つのプロセッサに、パラメータについて事前計算される複数の複数のPK/PD曲線のうちの1つのPK/PD曲線を、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングすること、および2つ以上の時間点におけるパラメータにフィッティングされたPK/PD曲線に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することによって、1つまたは複数の特性を決定することを行わせる、条項23~30のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム製品。 Clause 31. The computer program product of any one of clauses 23-30, wherein the instructions cause at least one processor to determine one or more characteristics by fitting a PK/PD curve of a plurality of pre-calculated PK/PD curves for a parameter to a parameter of a voxel of tissue measured at two or more time points, and determining one or more characteristics of the voxel of tissue based on the PK/PD curves fitted to the parameter at the two or more time points.
条項32.命令は、少なくとも1つのプロセッサに、基底関数のセットを用いて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を表す曲線を近似すること、近似された曲線を、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングすること、および2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングされた近似された曲線に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することによって、1つまたは複数の特性を決定することを行わせる、条項23~31のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム製品。 Clause 32. The computer program product of any one of clauses 23-31, wherein the instructions cause at least one processor to determine the one or more characteristics by approximating a curve representing one or more properties of a tissue voxel using a set of basis functions, fitting the approximated curve to parameters of the tissue voxel measured at two or more time points, and determining the one or more properties of the tissue voxel based on the approximated curve fitted to the parameters of the tissue voxel measured at the two or more time points.
条項33.命令は、少なくとも1つのプロセッサに、基底関数のセットを用いてパラメータについて事前計算される複数の曲線のうちの1つの曲線を、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングすること、および2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングされた曲線に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することによって、1つまたは複数の特性を決定することを行わせる、条項23~32のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム製品。 Clause 33. The computer program product of any one of clauses 23-32, wherein the instructions cause at least one processor to determine the one or more characteristics by fitting a curve of a plurality of curves pre-calculated for the parameters using a set of basis functions to the parameters of the tissue voxel measured at the two or more time points, and determining the one or more characteristics of the tissue voxel based on the curve fitted to the parameters of the tissue voxel measured at the two or more time points.
本開示の実施形態または態様の追加の利点および詳細は、添付の概略図に例証される例示的な実施形態を参照して、以下により詳細に説明される。 Additional advantages and details of embodiments or aspects of the present disclosure are described in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the accompanying schematic drawings.
本開示は、様々な代替的な変異形およびステップシーケンスを仮定し得るが、逆のことが明示的に記される場合はこの限りではない、ということを理解されたい。添付の図面に例証される、および以下の説明に記載される特定のデバイスおよびプロセスは、単に例示的および非限定的な実施形態または態様すぎないということも理解されたい。故に、本明細書に開示される実施形態または態様に関連した特定の寸法および他の物理的特性は、限定と見なされるべきではない。 It is to be understood that the present disclosure may assume various alternative variations and step sequences, unless expressly noted to the contrary. It is also to be understood that the specific devices and processes illustrated in the accompanying drawings, and described in the following description, are merely exemplary and non-limiting embodiments or aspects. Hence, specific dimensions and other physical characteristics associated with the embodiments or aspects disclosed herein are not to be considered as limiting.
以後説明の目的のため、用語“端部”、“上方”、“下方”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“上部”、“下部”、“横”、および“縦”、ならびにそれらの派生語は、それらが描写図において配向される際の実施形態または態様に関連するものとする。しかしながら、実施形態または態様は、様々な代替的な変異形およびステップシーケンスを仮定し得るが、逆のことが明示的に記される場合はこの限りではない、ということを理解されたい。添付の図面に例証される、および以下の説明に記載される特定のデバイスおよびプロセスは、単に非限定的な例示的な実施形態または態様にすぎないということも理解されたい。故に、本明細書に開示される実施形態または態様の実施形態または態様に関連した特定の寸法および他の物理的特性は、別途示されない限り、限定と見なされるべきではない。 For purposes of the following description, the terms "end", "upper", "lower", "right", "left", "vertical", "horizontal", "top", "bottom", "transverse" and "vertical", as well as derivatives thereof, refer to the embodiment or aspect as they are oriented in the depicted figures. However, it should be understood that the embodiment or aspect may assume various alternative variations and step sequences, unless expressly noted to the contrary. It should also be understood that the specific devices and processes illustrated in the accompanying drawings and described in the following description are merely non-limiting example embodiments or aspects. Thus, specific dimensions and other physical characteristics associated with the embodiments or aspects disclosed herein should not be considered limiting, unless otherwise indicated.
本明細書内で使用される態様、構成要素、要素、構造、作用、ステップ、機能、命令、および/または同様のものは、重要または必須と解釈されるべきではないが、そのようなものとして明示的に説明される場合はその限りではない。また、本明細書で使用される場合、冠詞“a(1つの)”および“an(1つの)”は、1つまたは複数の事項を含むことが意図され、“1つまたは複数”および“少なくとも1つ”と同義で使用され得る。さらには、本明細書で使用される場合、用語“セット”は、1つまたは複数の事項(例えば、関連事項、非関連事項、関連事項および非関連事項の組み合わせなど)を含むことが意図され、“1つまたは複数”および“少なくとも1つ”と同義で使用され得る。1つの事項のみが意図される場合、用語“1つ”または同様の言葉が使用される。また、本明細書で使用される場合、用語“has(有する)”、“have(有する)”、“having(有すること)”、または同様のものは、オープンエンドの用語であることが意図される。さらに、語句“基づく”は、別途明示的に記されない限り、“少なくとも部分的に基づく”を意味することが意図される。 As used herein, aspects, components, elements, structures, acts, steps, functions, instructions, and/or the like should not be construed as critical or essential, unless expressly described as such. Also, as used herein, the articles "a" and "an" are intended to include one or more items and may be used synonymously with "one or more" and "at least one". Furthermore, as used herein, the term "set" is intended to include one or more items (e.g., related items, unrelated items, combinations of related and unrelated items, etc.) and may be used synonymously with "one or more" and "at least one". When only one item is intended, the term "one" or similar language is used. Also, as used herein, the terms "has", "have", "having", or the like are intended to be open-ended terms. Additionally, the phrase "based on" is intended to mean "based at least in part on" unless expressly noted otherwise.
本明細書で使用される場合、用語“通信”および“通信する”は、情報(例えば、データ、信号、メッセージ、命令、コマンド、および/または同様のもの)の受信、受領、送信、転送、提供、および/または同様のものを指し得る。1つの装置(例えば、デバイス、システム、デバイスもしくはシステムの構成要素、それらの組み合わせ、および/または同様のもの)が別の装置と通信状態にあるとは、1つの装置が、直接的または間接的に、別の装置から情報を受信すること、および/または別の装置へ情報を送信することができることを意味する。これは、本質的に有線および/またはワイヤレスである、直接または間接接続を指し得る。追加的に、2つの装置は、送信される情報が、第1の装置と第2の装置との間で改変、処理、中継、および/またはルーティングされ得るとしても、互いと通信状態にあり得る。例えば、第1の装置が情報を受動的に受信し、その情報を第2の装置に能動的に送信しないとしても、第1の装置は、第2の装置と通信状態にあり得る。別の例として、少なくとも1つの中継装置(例えば、第1の装置と第2の装置との間に位置する第3の装置)が、第1の装置から受信される情報を処理し、処理した情報を第2の装置に通信するとしても、第1の装置は、第2の装置と通信状態にあり得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、メッセージは、データを含むネットワークパケット(例えば、データパケットおよび/または同様のもの)を指し得る。多数の他の配置が可能であるということを理解されたい。 As used herein, the terms "communication" and "communicating" may refer to receiving, accepting, transmitting, forwarding, providing, and/or the like, information (e.g., data, signals, messages, instructions, commands, and/or the like). One apparatus (e.g., a device, a system, a component of a device or system, combinations thereof, and/or the like) in communication with another apparatus means that the one apparatus can receive information from and/or transmit information to the other apparatus, directly or indirectly. This may refer to a direct or indirect connection that is wired and/or wireless in nature. Additionally, two apparatuses may be in communication with each other even though the information transmitted may be altered, processed, relayed, and/or routed between the first and second apparatus. For example, a first apparatus may be in communication with a second apparatus even if the first apparatus passively receives information and does not actively transmit the information to the second apparatus. As another example, a first device may be in communication with a second device, even though at least one intermediate device (e.g., a third device located between the first device and the second device) processes information received from the first device and communicates the processed information to the second device. In some non-limiting embodiments or aspects, a message may refer to a network packet (e.g., a data packet and/or the like) that includes data. It should be understood that numerous other arrangements are possible.
本明細書で使用される場合、用語“コンピューティングデバイス”は、1つもしくは複数のネットワークと、またはこれを介して、直接的または間接的に通信するように構成される1つまたは複数の電子デバイスを指し得る。コンピューティングデバイスは、モバイルもしくはポータブルコンピューティングデバイス、デスクトップコンピュータ、サーバ、および/または同様のものであり得る。さらには、用語“コンピュータ”は、データを受信、処理、および出力するために必要な構成要素を含み、通常、ディスプレイ、プロセッサ、メモリ、入力デバイス、およびネットワークインターフェースを含む、任意のコンピューティングデバイスを指し得る。“コンピューティングシステム”は、1つまたは複数のコンピューティングデバイスまたはコンピュータを含み得る。“アプリケーション”または“アプリケーションプログラムインターフェース”(API)は、クライアント側フロントエンドおよび/またはクライアントからデータを受信するためのサーバ側バックエンドなど、ソフトウェア構成要素間の対話を促進するためにプロセッサによって実行され得る、コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータコードまたは他のデータを指す。“インターフェース”は、ユーザが、直接的または間接的に(例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーンなどを通じて)対話し得る1つまたは複数のグラフィカルユーザインターフェース(GUI)などの生成ディスプレイを指す。さらに、ネットワーク環境内で直接的または間接的に通信する、複数のコンピュータ、例えば、サーバ、または、車両コンピューティングシステムを含む自律車両などの他のコンピュータ化デバイスが、“システム”または“コンピューティングシステム”を構成し得る。 As used herein, the term "computing device" may refer to one or more electronic devices configured to communicate directly or indirectly with or through one or more networks. A computing device may be a mobile or portable computing device, a desktop computer, a server, and/or the like. Furthermore, the term "computer" may refer to any computing device that includes the components necessary to receive, process, and output data, typically including a display, a processor, memory, input devices, and a network interface. A "computing system" may include one or more computing devices or computers. An "application" or "application program interface" (API) refers to computer code or other data stored on a computer-readable medium that may be executed by a processor to facilitate interaction between software components, such as a client-side front-end and/or a server-side back-end for receiving data from a client. An "interface" refers to a generated display, such as one or more graphical user interfaces (GUIs), with which a user may interact, directly or indirectly (e.g., through a keyboard, mouse, touch screen, etc.). Additionally, multiple computers, e.g., servers, or other computerized devices, such as an autonomous vehicle, including a vehicle computing system, communicating directly or indirectly within a network environment may constitute a "system" or "computing system."
本明細書に説明されるシステムおよび/または方法は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせの形態で実装され得ることは明白であるものとする。これらのシステムおよび/または方法を実装するために使用される実際の専用制御ハードウェアまたはソフトウェアコードは、実装形態の限定ではない。故に、本システムおよび/または方法の動作および挙動は、特定のソフトウェアコードを参照せずに本明細書に説明され、ソフトウェアおよびハードウェアは、本明細書内の説明に基づいてシステムおよび/または方法を実装するために設計され得ることを理解されたい。 It should be apparent that the systems and/or methods described herein may be implemented in the form of hardware, software, or a combination of hardware and software. The actual dedicated control hardware or software code used to implement these systems and/or methods is not a limitation of the implementation. Thus, the operation and behavior of the systems and/or methods are described herein without reference to specific software code, and it should be understood that software and hardware may be designed to implement the systems and/or methods based on the description herein.
いくつかの非限定的な実施形態または態様は、しきい値と関連して本明細書に説明される。本明細書で使用される場合、しきい値を満足することは、値が、しきい値よりも大きいこと、しきい値超であること、しきい値よりも高いこと、しきい値以上であること、しきい値未満であること、しきい値よりも小さいこと、しきい値よりも低いこと、しきい値以下であること、しきい値に等しいことなどを指し得る。 Some non-limiting embodiments or aspects are described herein in connection with a threshold value. As used herein, satisfying a threshold value may refer to a value being greater than the threshold value, above the threshold value, higher than the threshold value, equal to or greater than the threshold value, less than the threshold value, less than the threshold value, lower than the threshold value, less than or equal to the threshold value, equal to the threshold value, etc.
これより図1を参照すると、図1は、肝臓動脈(A)、肝臓静脈(V)、肝細胞(P)内の造影剤の濃度の経時的プロファイル、および3つのタイプの組織すべて(例えば、肝臓動脈組織、肝臓静脈組織、および肝細胞組織の各々)を含むボクセルについての総計(S)を概略的に示し、上で本明細書に既に詳細に説明されている。 Reference is now made to FIG. 1, which shows a schematic illustration of the time profiles of the concentration of contrast agent in the hepatic artery (A), hepatic vein (V), hepatocytes (P), and the sum (S) for a voxel containing all three types of tissue (e.g., each of the hepatic artery tissue, the hepatic vein tissue, and the hepatocyte tissue), and has already been described in detail herein above.
図2も参照すると、図2は、非限定的な実施形態または態様に従うシステムを概略的に示す。システム(10)は、受信装置(11)、制御および計算装置(12)、ならびに出力装置(13)を備える。 Referring also to FIG. 2, FIG. 2 illustrates a schematic diagram of a system according to a non-limiting embodiment or aspect. The system (10) includes a receiving device (11), a control and computing device (12), and an output device (13).
図3も参照すると、図3は、非限定的な実施形態または態様に従う方法のフローチャートである。方法(100)は、 Referring also to FIG. 3, FIG. 3 is a flowchart of a method according to a non-limiting embodiment or aspect. The method (100) includes:
複数のMRI画像を受信するステップ(110)であって、MRI画像が第1の時間スパンの間の検査領域を示す、ステップ(110)と、 receiving a plurality of MRI images (110), the MRI images showing an examination region during a first time span;
複数のMRI画像を予測モデルに供給するステップ(120)であって、予測モデルが、第1の時間スパンの間の検査領域を示すMRI画像に基づいて、第2の時間スパンの間の検査領域を示す1つまたは複数のMRI画像を予測するように、教師あり学習によって訓練されている、ステップ(120)と、 A step (120) of providing a plurality of MRI images to a predictive model, the predictive model being trained by supervised learning to predict one or more MRI images showing the examination region during a second time span based on MRI images showing the examination region during a first time span;
第2の時間スパンの間の検査領域を示す1つまたは複数の予測MRI画像を、予測モデルによって生成するステップ(130)と、 generating (130) one or more predicted MRI images showing the examination area during the second time span by the predictive model;
1つもしくは複数の予測MRI画像を表示および/もしくは出力する、ならびに/または1つもしくは複数の予測MRI画像をデータ記憶媒体に記憶するステップ(140)と、を含む。 and a step (140) of displaying and/or outputting the one or more predicted MRI images and/or storing the one or more predicted MRI images on a data storage medium.
図4も参照すると、図4は、動的相および肝胆道相の間の肝臓のMRI画像を示す。図4(a)、図4(b)、図4(c)、図4(d)、図4(e)、および図4(f)では、異なる時間点における肝臓の同じ横断面が常に描写される。図4(a)、図4(b)、図4(d)、および図4(f)に入力された参照記号は、図4(a)、図4(b)、図4(c)、図4(d)、図4(e)、および図4(f)のすべてに当てはまり、それらは各々、単に明白性の目的のために一度のみ入力される。 Referring also to FIG. 4, FIG. 4 shows MRI images of the liver during the dynamic and hepatobiliary phases. In FIG. 4(a), FIG. 4(b), FIG. 4(c), FIG. 4(d), FIG. 4(e), and FIG. 4(f), the same cross-section of the liver at different time points is always depicted. The reference symbols entered in FIG. 4(a), FIG. 4(b), FIG. 4(d), and FIG. 4(f) apply to all of FIG. 4(a), FIG. 4(b), FIG. 4(c), FIG. 4(d), FIG. 4(e), and FIG. 4(f), and each of them is entered only once for the sole purpose of clarity.
図4(a)は、肝胆道造影剤の静脈内投与前の肝臓(L)の横断面を示す。図4(a)および図4(b)によって描写される時間点の間の時間点において、肝胆道造影剤は、ボーラスとして静脈内に投与された。これは、図4(b)において、肝臓動脈(A)を介して肝臓に到達する。したがって、肝臓動脈は、信号強化を伴って描写される(動脈相)。主に動脈を介して血液が供給される腫瘍(T)は、同様に、より明るい(信号強化された)領域として肝細胞組織よりも目立つ。図4(c)に描写される時間点において、造影剤は、静脈を介して肝臓に到達する。図4(d)では、静脈血管(V)は、明るい(信号強化された)領域(静脈相)として肝臓組織よりも目立つ。同時に、主に静脈を介して造影剤が供給される健康な肝細胞内の信号強度は、継続的に上昇する(図4(c)→4(d)→4(e)→4(f))。図4(f)に描写される肝胆道相では、肝細胞(P)は、信号強化を伴って描写され、血管および腫瘍は、もはや造影剤を有さず、したがって暗く描写される。 Figure 4(a) shows a cross-section of the liver (L) before intravenous administration of hepatobiliary contrast agent. At time points between those depicted by Figures 4(a) and 4(b), hepatobiliary contrast agent was administered intravenously as a bolus. It reaches the liver via the hepatic artery (A) in Figure 4(b). The hepatic artery is therefore depicted with signal enhancement (arterial phase). The tumor (T), which is supplied with blood mainly via the artery, similarly stands out as a brighter (signal enhanced) area than the hepatic tissue. At the time points depicted in Figure 4(c), the contrast agent reaches the liver via the vein. In Figure 4(d), the venous vessels (V) stand out as a brighter (signal enhanced) area than the hepatic tissue (venous phase). At the same time, the signal intensity in healthy hepatic tissue, which is supplied with contrast agent mainly via the vein, continuously rises (Figures 4(c) → 4(d) → 4(e) → 4(f)). In the hepatobiliary phase depicted in FIG. 4(f), the hepatocytes (P) are depicted with signal enhancement, while the blood vessels and tumor no longer have contrast agent and therefore appear dark.
図5も参照すると、図5は、第1の時間スパン内の肝臓を示す3つのMRI画像(1)、(2)、および(3)がどのように予測モデル(PM)に供給されるかを例示的および概略的に示す。予測モデルは、3つのMRI画像(1)、(2)、および(3)から、第2の時間スパン内の肝臓を示すMRI画像(4)を計算する。MRI画像(1)、(2)、および(3)は、例えば、図4(b)、図4(c)、および図4(d)に示されるMRI画像を示すことができ、MRI画像(4)は、例えば、図4(f)に示されるMRI画像であり得る。 Referring also to FIG. 5, FIG. 5 exemplarily and diagrammatically illustrates how three MRI images (1), (2), and (3) showing the liver in a first time span are fed to a prediction model (PM). The prediction model calculates an MRI image (4) showing the liver in a second time span from the three MRI images (1), (2), and (3). The MRI images (1), (2), and (3) can represent, for example, the MRI images shown in FIG. 4(b), FIG. 4(c), and FIG. 4(d), and the MRI image (4) can represent, for example, the MRI image shown in FIG. 4(f).
既存の撮像システムおよび/または画像分析システムによって満たされていない医学的必要性としては、少なくとも以下のことが挙げられる:健康な組織および/または異なるグレードの病理組織の識別および査定、異なる疾病および/または病理ステージの区別、改善された撮像/走査ワークフロー、細胞特異的および/または細胞機能的な情報の生成、ならびに中空または管状の器官または器官系に関する機能情報。 Medical needs not met by existing imaging and/or image analysis systems include at least the following: identification and assessment of healthy tissue and/or different grades of pathological tissue, differentiation of different disease and/or pathological stages, improved imaging/scanning workflow, generation of cell-specific and/or cell-functional information, and functional information about hollow or tubular organs or organ systems.
本開示の非限定的な実施形態または態様は、少なくとも以下のことを提供および/または改善する:健康な組織および/もしくは異なるグレードの病理組織(例えば、組織線維化/肝硬変、炎症、脂肪浸潤、機能障害/死亡、および/または同様のものなどの広範性病理、良性もしくは悪性腫瘍、および/または同様のものなどの限局性病理など)の識別および査定、異なる疾病および/もしくは病理ステージ(例えば、広範性病理、限局性病理など)の区別、撮像/走査ワークフロー(例えば、より高速の画像生成および/または取得など)、細胞特異的および/もしくは細胞機能的な情報の生成(例えば、特定の薬物もしくは代謝物を取り込む、および分泌する細胞能力および速度、ならびに/または同様のものなどの細胞機能、細胞酸化の量、特定の細胞抗原の発現、チャネル/膜タンパク質、ならびに/または同様のものなどの分子情報など)、ならびに/または中空もしくは管状の器官もしくは器官系に関する機能情報(例えば、門脈系などの、血管系、胆管系、血管圧など)。本開示の非限定的な実施形態または態様は、動脈循環体積、門脈体積、静脈体積、細胞外体積、胆管体積、正常肝細胞体積、脂肪細胞体積、線維化体積、クッパー細胞体積、幹細胞体積、他の肝細胞体積、および/または転移性もしくは他の病変もしくは非肝細胞体積のうちの1つまたは複数のボクセル固有の推測を提供する。 Non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure provide and/or improve at least the following: identification and assessment of healthy tissue and/or different grades of pathological tissue (e.g., widespread pathology such as tissue fibrosis/cirrhosis, inflammation, fatty infiltration, functional impairment/death, and/or the like, localized pathology such as benign or malignant tumors, and/or the like), differentiation of different disease and/or pathology stages (e.g., widespread pathology, localized pathology, and the like), imaging/scanning workflows (e.g., faster image generation and/or acquisition, and the like), generation of cell-specific and/or cell-functional information (e.g., cell function such as cell ability and rate to take up and secrete a particular drug or metabolite, and/or the like, amount of cell oxidation, expression of a particular cell antigen, channel/membrane proteins, and/or the like, molecular information, and/or the like), and/or functional information regarding hollow or tubular organs or organ systems (e.g., vascular system, bile duct system, vascular pressure, such as portal vein system, and the like). Non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure provide voxel-specific estimates of one or more of arterial circulation volume, portal vein volume, venous volume, extracellular volume, bile duct volume, normal hepatocyte volume, adipocyte volume, fibrosis volume, Kupffer cell volume, stem cell volume, other hepatocyte volume, and/or metastatic or other lesion or non-hepatocyte volume.
これより図6を参照すると、図6は、本明細書に説明されるデバイス、システム、方法、および/または製品が実装され得る、例となる環境600の図である。図6に示されるように、環境600は、造影剤注入器602、注入器制御および演算システム604、注入器ユーザインターフェース606、撮像装置608、撮像装置制御および演算システム610、撮像装置ユーザインターフェース612、画像分析および演算システム614、画像分析インターフェース616、画像およびデータレビューインターフェース618、病院情報システム620、ならびに/またはクラウドコンピューティングおよびオフサイトリソース622を含む。環境600のシステムおよび/またはデバイスは、有線接続、ワイヤレス接続、または有線およびワイヤレス接続の組み合わせにより相互接続し得る。例えば、環境600のシステムおよび/またはデバイスは、セルラネットワーク(例えば、ロングタームエボリューション(LTE)ネットワーク、第三世代(3G)ネットワーク、第四世代(4G)ネットワーク、第五世代ネットワーク(5G)、符号分割多重アクセス(CDMA)ネットワークなど)、公衆陸上移動ネットワーク(PLMN)、ローカルエリアネットワーク(LAN)、広域ネットワーク(WAN)、メトロポリタンエリアネットワーク(MAN)、電話ネットワーク(例えば、公衆交換電話ネットワーク(PSTN))、プライベートネットワーク、アドホックネットワーク、イントラネット、インターネット、光ファイバベースのネットワーク、クラウドコンピューティングネットワーク、近距離無線通信ネットワーク、および/もしくは同様のもの、ならびに/またはこれらもしくは他のタイプのネットワークの組み合わせを介して、相互接続(例えば、情報および/またはデータなどを通信)し得る。造影剤注入器602、注入器制御および演算システム604、および/または注入器ユーザインターフェース606は、1つまたは複数の注入プロトコルを設定し、その1つまたは複数の注入プロトコルに従って1つまたは複数の造影剤を患者に送達するために、それぞれのソフトウェアおよび/またはハードウェアを有する造影剤注入システムを備え得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、造影剤注入器602、注入器制御および演算システム604、ならびに/または注入器ユーザインターフェース606は、米国特許第6,643,537号および同第7,937,134号に説明され、国際出願第2019046299A1号に公開されるような造影剤注入システムを含み得、これらの文献の各々の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、造影剤注入器602、注入器制御および演算システム604、ならびに/または注入器ユーザインターフェース606は、MEDRAD(登録商標)Stellant FLEX CT注入システム、MEDRAD(登録商標)MRXperion MR注入システム、MEDRAD(登録商標)Mark 7 Arterion 注入システム、MEDRAD(登録商標)Intego PET注入システム、MEDRAD(登録商標)Spectris Solaris EP MR注入システム、Certegra(登録商標)Workstationを用いたMEDRAD(登録商標)Stellant CT注入システム、および/または同様のものを備え得る。 6, which is a diagram of an example environment 600 in which the devices, systems, methods, and/or products described herein may be implemented. As shown in FIG. 6, environment 600 includes a contrast injector 602, an injector control and computing system 604, an injector user interface 606, an imager 608, an imager control and computing system 610, an imager user interface 612, an image analysis and computing system 614, an image analysis interface 616, an image and data review interface 618, a hospital information system 620, and/or cloud computing and off-site resources 622. The systems and/or devices of environment 600 may be interconnected by wired connections, wireless connections, or a combination of wired and wireless connections. For example, the systems and/or devices of environment 600 may be interconnected (e.g., communicate information and/or data, etc.) via a cellular network (e.g., a Long Term Evolution (LTE) network, a third generation (3G) network, a fourth generation (4G) network, a fifth generation network (5G), a code division multiple access (CDMA) network, etc.), a public land mobile network (PLMN), a local area network (LAN), a wide area network (WAN), a metropolitan area network (MAN), a telephone network (e.g., the public switched telephone network (PSTN)), a private network, an ad-hoc network, an intranet, the Internet, an optical fiber-based network, a cloud computing network, a short range wireless communication network, and/or the like, and/or a combination of these or other types of networks. The contrast injector 602, the injector control and computing system 604, and/or the injector user interface 606 may comprise a contrast injection system having respective software and/or hardware for setting one or more injection protocols and delivering one or more contrast agents to a patient according to the one or more injection protocols. In some non-limiting embodiments or aspects, the contrast injector 602, the injector control and computing system 604, and/or the injector user interface 606 may include a contrast injection system as described in U.S. Pat. Nos. 6,643,537 and 7,937,134 and published in International Application No. WO2019046299A1, the entire contents of each of which are incorporated herein by reference. In some non-limiting embodiments or aspects, the contrast injector 602, the injector control and computing system 604, and/or the injector user interface 606 may comprise a MEDRAD® Stellant FLEX CT Injection System, a MEDRAD® MRXperion MR Injection System, a MEDRAD® Mark 7 Arterion Injection System, a MEDRAD® Intego PET Injection System, a MEDRAD® Spectris Solaris EP MR Injection System, a MEDRAD® Stellant CT Injection System with a Certegra® Workstation, and/or the like.
撮像装置608、撮像装置制御および演算システム610、ならびに/または撮像装置ユーザインターフェース612は、撮像プロトコルを設定し、患者の非造影および造影強化スキャンを取得するために、それぞれのソフトウェアおよび/またはハードウェアを有する撮像システムを備え得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、撮像装置608、撮像装置制御および演算システム610、ならびに/または撮像装置ユーザインターフェース612は、MRIシステム(例えば、T1、T2、TWI、PD、マッピング(脂肪、鉄)、多パラメータ手法、過分極MRI、MRフィンガープリンティング、エラストグラフィなどに基づいたMRI)、コンピュータ断層撮影(CT)システム、超音波システム、単光子放射型コンピュータ断層撮影(SPECT)システム、ポジトロン放出断層撮影-磁気共鳴(PET/MRI)システム、ポジトロン放出断層撮影-コンピュータ断層撮影(PET/CT)システム、および/または他の画像診断システムを含み得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、撮像装置608、撮像装置制御および演算システム610、ならびに/または撮像装置ユーザインターフェース612は、2019年12月11日に提出された米国特許出願第16/710,118号に説明されるような撮像システムを含み得、この文献の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、撮像装置608、撮像装置制御および演算システム610、ならびに/または撮像装置ユーザインターフェース612は、シーメンスヘルシニアーズのSomatom Go CTシステム、ゼネラルエレクトリック社のSigna MRシステム、および/または同様のものを含み得る。 The imager 608, imager control and computing system 610, and/or imager user interface 612 may comprise an imaging system having respective software and/or hardware for setting up imaging protocols and acquiring non-contrast and contrast-enhanced scans of a patient. In some non-limiting embodiments or aspects, the imager 608, imager control and computing system 610, and/or imager user interface 612 may include an MRI system (e.g., MRI based on T1, T2, TWI, PD, mapping (fat, iron), multi-parameter techniques, hyperpolarized MRI, MR fingerprinting, elastography, etc.), a computed tomography (CT) system, an ultrasound system, a single photon emission computed tomography (SPECT) system, a positron emission tomography-magnetic resonance (PET/MRI) system, a positron emission tomography-computed tomography (PET/CT) system, and/or other imaging diagnostic systems. In some non-limiting embodiments or aspects, the imaging device 608, the imaging device control and computing system 610, and/or the imaging device user interface 612 may include an imaging system such as that described in U.S. Patent Application No. 16/710,118, filed December 11, 2019, the entire contents of which are incorporated herein by reference. In some non-limiting embodiments or aspects, the imaging device 608, the imaging device control and computing system 610, and/or the imaging device user interface 612 may include a Siemens Healthineers Somatom Go CT system, a General Electric Company Signa MR system, and/or the like.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、造影剤注入器602、注入器制御および演算システム604、注入器ユーザインターフェース606、撮像装置608、撮像装置制御および演算システム610、撮像装置ユーザインターフェース612、画像分析および演算システム614、画像分析インターフェース616、画像およびデータレビューインターフェース618、病院情報システム620、ならびに/またはクラウドコンピューティングおよびオフサイトリソース622のうちの1つまたは複数は、本明細書に説明されるようなコンピュータシステム、ならびに/またはコンピュータシステムの1つもしくは複数の構成要素および/もしくは周辺機器を含み得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, one or more of the contrast injector 602, the injector control and computing system 604, the injector user interface 606, the imaging device 608, the imaging device control and computing system 610, the imaging device user interface 612, the image analysis and computing system 614, the image analysis interface 616, the image and data review interface 618, the hospital information system 620, and/or the cloud computing and off-site resources 622 may include a computer system as described herein and/or one or more components and/or peripherals of a computer system.
患者は、異なるタイプの細胞を有する複数の組織および/もしくは器官(例えば、肝実質細胞、クッパー細胞、免疫細胞、幹細胞などを含む肝臓)、求心性および/または遠心性供給/循環系(例えば、動脈、静脈、リンパ、または胆道系など)、ならびに/または異なる区画/空間(例えば、血管空間、間質空間、細胞内空間など)を含む生存生物(例えば、哺乳動物、ヒトなど)を含み得る。 A patient may include a living organism (e.g., a mammal, a human, etc.) that includes multiple tissues and/or organs with different types of cells (e.g., a liver containing hepatic parenchymal cells, Kupffer cells, immune cells, stem cells, etc.), afferent and/or efferent supply/circulatory systems (e.g., arterial, venous, lymphatic, or biliary systems, etc.), and/or different compartments/spaces (e.g., vascular spaces, interstitial spaces, intracellular spaces, etc.).
造影剤注入システムによって患者に送達される造影剤は、患者を走査するために使用される撮像システムのタイプに従って選択または構成され得る。造影剤は、ガドリニウムベースの造影剤(GBCA)(例えば、MRIにおける使用のためなど)、ヨウ素ベースの造影剤(例えば、CTにおける使用のためなど)、超音波造影媒体(例えば、マイクロバブルなど)、および/または他のより非一般的な造影剤、例えば、鉄ベースの薬剤(例えば、小型もしくは超小型の超常磁性酸化鉄、マンガンベース、CO2、または他の薬剤)、血液プール剤(例えば、血管内の長い血液半減期を有する)、腎臓優性もしくは肝胆道優性排泄作用を有する薬剤、細胞内取り込み、および器官特異性もしくは細胞特異性取り込みを伴う薬剤、器官もしくは細胞特異性結合を伴う薬剤(例えば、細胞内取り込みなし)、長期“保留”を伴う薬剤(例えば、FDG)、ならびに/または同様のものなどを含み得る。造影剤は、放射性であってもよい。造影剤は、細胞マーカ特異性であってもよく、これは、造影剤が特定の細胞表面または細胞内部マーカと結合または相互作用することを意味する。関与する造影剤は、自然造影、例えば、ヘモグロビン内の酸素レベルであってもよい。造影剤は、例えば、ヘマトクリット値を減少させる陰性造影、および故に、血液をガスで置き換える、血液またはマイクロバブル内の赤血球信号であってもよい。通常のMRIでは、ガスは、信号を提供せず、CTでは、ガスは、増大した送信および故に減少したハウンスフィールド単位をもたらす。 The contrast agent delivered to the patient by the contrast injection system may be selected or configured according to the type of imaging system used to scan the patient. The contrast agents may include gadolinium-based contrast agents (GBCA) (e.g., for use in MRI), iodine-based contrast agents (e.g., for use in CT), ultrasound contrast media (e.g., microbubbles, etc.), and/or other more uncommon contrast agents, such as iron-based agents (e.g., small or ultra-small superparamagnetic iron oxide, manganese-based, CO2, or other agents), blood pool agents (e.g., with long blood half-lives in the blood vessels), agents with predominantly renal or predominantly hepatobiliary excretion, agents with cellular uptake and organ- or cell-specific uptake, agents with organ- or cell-specific binding (e.g., no cellular uptake), agents with long-term "retention" (e.g., FDG), and/or the like. The contrast agents may be radioactive. The contrast agent may be cell marker specific, meaning that the contrast agent binds or interacts with a specific cell surface or internal marker. The contrast agent involved may be natural contrast, e.g., oxygen levels in hemoglobin. The contrast agent may be negative contrast, e.g., decreasing the hematocrit and thus red blood cell signal in blood or microbubbles, replacing blood with gas. In normal MRI, gas provides no signal, in CT, gas results in increased transmission and thus decreased Hounsfield units.
造影剤注入システムは、単一の薬剤(例えば、それ自体によって送達される単一の造影剤など)、または同時間における組み合わせた複数の造影剤(例えば、複数の並行注入、一緒に混合された2つの流体の注入、または一方が他方の後に(例えば、複数の連続的注入))を送達し得る。撮像システムは、1つもしくは複数の時間点(相)における単一の画像取得または走査、1つもしくは複数の時間点における複数の取得(例えば、MRマッピング技術などを使用して)、および/または連続した撮像期間にわたる取得を実施することができる。 The contrast injection system may deliver a single agent (e.g., a single contrast agent delivered by itself) or multiple contrast agents combined at the same time (e.g., multiple parallel injections, injection of two fluids mixed together, or one after the other (e.g., multiple sequential injections)). The imaging system may perform a single image acquisition or scan at one or more time points (phases), multiple acquisitions at one or more time points (e.g., using MR mapping techniques, etc.), and/or acquisitions over a continuous imaging period.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、造影剤注入は、静脈血管区画、動脈血管区画、リンパ管区画、および/または同様のものなどの1つまたは複数の異なる場所または区画に送達され得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, the contrast injection may be delivered to one or more different locations or compartments, such as the venous vascular compartment, the arterial vascular compartment, the lymphatic vascular compartment, and/or the like.
これより図7を参照すると、図7は、組織特性を予測、予想、および/または査定するためのプロセス700の非限定的な実施形態または態様のフローチャートである。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、プロセス700のステップのうちの1つまたは複数は、画像分析および演算システム614(例えば、画像分析および演算システム614の1つまたは複数のデバイス)によって、(例えば、完全に、部分的になど)実施され得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、プロセス700のステップのうちの1つまたは複数は、撮像装置制御および演算システム610(例えば、撮像装置制御および演算システム610の1つまたは複数のデバイス)、病院情報システム620(例えば、病院情報システムの1つまたは複数のデバイス)、クラウドコンピューティングおよびオフサイトリソースシステム622(例えば、クラウドコンピューティングおよびオフサイトリソースシステム622の1つまたは複数のデバイス)、ならびに/または同様のものなど、画像分析および演算システム614とは別個の、またはこれを含む、別のデバイスまたはデバイスのグループによって、(例えば、完全に、部分的になど)実施され得る。 Referring now to FIG. 7, FIG. 7 is a flow chart of a non-limiting embodiment or aspect of a process 700 for predicting, forecasting, and/or assessing tissue characteristics. In some non-limiting embodiments or aspects, one or more of the steps of process 700 may be performed (e.g., fully, partially, etc.) by image analysis and computing system 614 (e.g., one or more devices of image analysis and computing system 614). In some non-limiting embodiments or aspects, one or more of the steps of process 700 may be performed (e.g., fully, partially, etc.) by another device or group of devices separate from or including image analysis and computing system 614, such as imager control and computing system 610 (e.g., one or more devices of imager control and computing system 610), hospital information system 620 (e.g., one or more devices of hospital information system), cloud computing and off-site resource system 622 (e.g., one or more devices of cloud computing and off-site resource system 622), and/or the like.
図7に示されるように、ステップ702において、プロセス700は、造影剤を患者に送達することを含む。例えば、造影剤注入システムは、造影剤を患者に送達(例えば、注入など)し得る。例として、造影剤注入器602、注入器制御および演算システム604、ならびに/または注入器ユーザインターフェース606は、1つまたは複数の注入プロトコルを設定し、その1つまたは複数の注入プロトコルに従って1つまたは複数の造影剤を患者に送達し得る。 As shown in FIG. 7, in step 702, process 700 includes delivering contrast to a patient. For example, a contrast injection system may deliver (e.g., inject) contrast to a patient. By way of example, contrast injector 602, injector control and computing system 604, and/or injector user interface 606 may set one or more injection protocols and deliver one or more contrast to a patient according to the one or more injection protocols.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、造影剤は、個々の相(例えば、動脈相、門脈相、静脈相など)が区別されることを可能にするために、小型で、短く、および比較的素早いボーラスで患者に送達され得る。例えば、造影剤濃度は、造影剤が身体内に分散する前の短期間の“安定状態”の間は比較的均質であり、短期の安定状態撮像を可能にし得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、造影剤は、米国特許第9,436,989号に説明されるように、造影剤の注入時間を遅らせる、または引き延ばすように患者に送達され得、この文献の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、造影剤は、血液および/または組織内で所望のMR造影剤濃度を達成するように患者に送達され得、その結果として、MRフィンガープリントは、2017年11月21日提出された米国特許出願第16/462,410号に説明されるような1つまたは複数の造影剤関連パラメータを含み得、この文献の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、造影剤の注入速度/送達は、単一の高速ボーラスとして(例えば、相を区別するため)、時間Xから時間Yまでの実際の時間内の撮像を可能にするために単一のボーラスとして、2つの別々の画像期間(例えば、0.5~2分および次いで10または20分など)として、単一の緩徐なボーラス(例えば、視覚的に区別可能でない正常相を伴うなど)として、または二重ボーラス(例えば、第1のボーラスの送達、待機、撮像、第2のボーラスの送達、および撮像などを含むシーケンスで)として実施され得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, the contrast agent may be delivered to the patient in a small, short, and relatively quick bolus to allow individual phases (e.g., arterial phase, portal venous phase, venous phase, etc.) to be differentiated. For example, the contrast agent concentration may be relatively homogenous for a short period of "steady state" before the contrast agent disperses in the body, allowing short-term steady-state imaging. In some non-limiting embodiments or aspects, the contrast agent may be delivered to the patient to delay or extend the injection time of the contrast agent, as described in U.S. Patent No. 9,436,989, the entire contents of which are incorporated herein by reference. In some non-limiting embodiments or aspects, the contrast agent may be delivered to the patient to achieve a desired MR contrast agent concentration in the blood and/or tissue, such that the MR fingerprint may include one or more contrast agent-related parameters, as described in U.S. Patent Application No. 16/462,410, filed November 21, 2017, the entire contents of which are incorporated herein by reference. In some non-limiting embodiments or aspects, the injection rate/delivery of the contrast agent may be performed as a single fast bolus (e.g., to distinguish between phases), as a single bolus to allow imaging in actual time from time X to time Y, as two separate image periods (e.g., 0.5-2 minutes and then 10 or 20 minutes, etc.), as a single slow bolus (e.g., with a visually indistinguishable normal phase, etc.), or as a dual bolus (e.g., in a sequence that includes delivery of a first bolus, waiting, imaging, delivery of a second bolus, and imaging, etc.).
図7に示されるように、ステップ704において、プロセス700は、患者の組織と関連付けられた測定情報を獲得することを含む。例えば、撮像システムは、1つまたは複数の撮像プロトコルを設定し、その1つまたは複数の撮像プロトコルに従って患者の組織と関連付けられた測定情報(例えば、患者の組織の1つまたは複数の画像またはスキャンなど)を獲得するために、患者の組織の非造影および/または造影強化スキャンを取得し得る。例として、撮像装置608、撮像装置制御および演算システム610、ならびに/または撮像装置ユーザインターフェース612(ならびに/または画像分析および演算システム614)は、2つ以上の時間点において測定される患者の組織のボクセルのパラメータと関連付けられた測定情報(例えば、2つ以上の時間点における組織のボクセルのパラメータの値、2つ以上の時間点におけるパラメータを含むか、これを示す組織の画像またはスキャンなど)を獲得し得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、2つ以上の時間点は、組織のボクセルの1つまたは複数の特性が、2つ以上の時間点のうちの単一の時間点におけるボクセルのパラメータに基づいて生成される画像内で、分離可能である(例えば、測定データおよび/または測定データから作成される画像内の1つまたは複数の他の特性および/または雑音から分離可能であるなど)、および/または識別可能である(例えば、人間の目によって識別可能であるなど)前に発生する。 7, in step 704, the process 700 includes acquiring measurement information associated with the patient's tissue. For example, the imaging system may set one or more imaging protocols and acquire non-contrast and/or contrast-enhanced scans of the patient's tissue to acquire measurement information associated with the patient's tissue (e.g., one or more images or scans of the patient's tissue, etc.) according to the one or more imaging protocols. By way of example, the imaging device 608, the imaging device control and computing system 610, and/or the imaging device user interface 612 (and/or the image analysis and computing system 614) may acquire measurement information associated with parameters of voxels of the patient's tissue measured at two or more time points (e.g., values of parameters of voxels of the tissue at two or more time points, images or scans of the tissue that include or indicate the parameters at two or more time points, etc.). In some non-limiting embodiments or aspects, the two or more time points occur before one or more characteristics of a voxel of the tissue are separable (e.g., separable from one or more other characteristics and/or noise in the measurement data and/or an image created from the measurement data) and/or distinguishable (e.g., distinguishable by the human eye) in an image generated based on parameters of the voxel at a single one of the two or more time points.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、測定情報は、以下のパラメータ/画像取得相:自然相(例えば、造影前)、動脈相、門脈相、静脈相、平衡相のうちの1つまたは複数、肝胆道取り込みおよび排泄の場合、肝胆道相(HBP)を結果としてもたらす、造影剤注入の前、間、および/もしくは後に、異なる(例えば、別々の)時間に、もしくは連続して、および/または1つもしくは複数の相にわたる連続的な画像取得として、獲得(例えば、走査、撮像など)され得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, the measurement information may be acquired (e.g., scanned, imaged, etc.) at different (e.g., separate) times or consecutively and/or as continuous image acquisition across one or more phases before, during, and/or after contrast injection resulting in one or more of the following parameters/image acquisition phases: natural phase (e.g., pre-contrast), arterial phase, portal venous phase, venous phase, equilibrium phase, and in the case of hepatobiliary uptake and excretion, the hepatobiliary phase (HBP).
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、測定データを獲得するための画像取得または走査は、欧州特許出願第20161359.3号に説明されるような患者の循環時間に基づいて決定される時間点(例えば、最適な時間点など)において開始され得、この文献の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。 In some non-limiting embodiments or aspects, image acquisition or scanning to obtain measurement data may begin at a time point (e.g., an optimal time point, etc.) determined based on the patient's circulation time as described in European Patent Application No. 20161359.3, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、組織のボクセルの1つまたは複数のパラメータを含む測定情報は、以下の技術のうちの少なくとも1つ:MRI取得技術(例えば、T1、T2、TWI、PD、マッピング(脂肪、鉄)、多パラメータ手法、過分極MRI、MRフィンガープリンティング、エラストグラフィなどに基づくMRI)、CT取得技術、超音波技術、SPECT技術、PET/MRI技術、PET/CT技術、別の画像診断技術、またはそれらの任意の組み合わせを使用して獲得され得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, measurement information including one or more parameters of a tissue voxel may be acquired using at least one of the following techniques: an MRI acquisition technique (e.g., T1, T2, TWI, PD, MRI based on mapping (fat, iron), multi-parameter techniques, hyperpolarized MRI, MR fingerprinting, elastography, etc.), a CT acquisition technique, an ultrasound technique, a SPECT technique, a PET/MRI technique, a PET/CT technique, another imaging technique, or any combination thereof.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、撮像システムによって測定される組織のボクセルのパラメータは、以下のうちの少なくとも1つ:T1重み付き(T1w)、T2重み付き(T2w)、陽子密度重み付き(PDw)、拡散重み付き(DWI)、x線吸収量、T1および/またはT2緩和時間の短縮量、x線吸収量の変化、トレーサ取り込み量/代謝および放射登録、1つもしくは複数の薬物動力学的モデルパラメータ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。例えば、撮像システムによって取得される画像は、パラメータが撮像システムによって測定される時間における組織のボクセルのパラメータを含み得るか、またはこれを示し得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, the parameters of the tissue voxels measured by the imaging system may include at least one of the following: T1 weighted (T1w), T2 weighted (T2w), proton density weighted (PDw), diffusion weighted (DWI), x-ray absorption, T1 and/or T2 relaxation time shortening, change in x-ray absorption, tracer uptake/metabolism and radioregistration, one or more pharmacokinetic model parameters, or any combination thereof. For example, an image acquired by the imaging system may include or be indicative of the parameters of the tissue voxels at the time the parameters are measured by the imaging system.
図7に示されるように、ステップ706において、プロセス700は、患者の組織と関連付けられた1つまたは複数の特性を決定することを含む。例えば、画像分析および演算システム614は、2つ以上の時間点におけるボクセルのパラメータに基づいて、1つまたは複数の特性を決定し得る。例として、画像分析および演算システム614は、2つ以上の時間点におけるボクセルの1つまたは複数のパラメータを含む測定情報(および/または、2つ以上の時間点におけるボクセルのパラメータを含むか、これを示す画像)に基づいて、患者の組織のボクセルの1つまたは複数の特性を含むか、これを示す1つまたは複数の画像を生成し得る。そのような例において、画像分析および演算システム614は、2つ以上の時間点におけるボクセルのパラメータを含む測定情報を取得または測定した撮像システムによって取得されるおよび/または取得されない1つまたは複数の画像を合成する、強化する、組み合わせる、および/または置き換える/削除することができる。例えば、単一の特性が、グレースケール画像として表示され得る。別の例として、2つ以上の特性が、グレースケール画像上のカラーオーバーレイとして表示され得る。 7, in step 706, the process 700 includes determining one or more characteristics associated with the patient's tissue. For example, the image analysis and computation system 614 may determine the one or more characteristics based on parameters of the voxels at two or more time points. As an example, the image analysis and computation system 614 may generate one or more images that include or are indicative of one or more characteristics of the voxels of the patient's tissue based on measurement information including one or more parameters of the voxels at two or more time points (and/or images that include or are indicative of parameters of the voxels at two or more time points). In such an example, the image analysis and computation system 614 may synthesize, enhance, combine, and/or replace/subtract one or more images acquired and/or not acquired by an imaging system that acquired or measured measurement information including parameters of the voxels at two or more time points. For example, a single characteristic may be displayed as a grayscale image. As another example, two or more characteristics may be displayed as a color overlay on a grayscale image.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、1つまたは複数の特性(および/または、1つもしくは複数の特性を含むか、これを示す1つもしくは複数の画像)は、2つ以上の時間点のうちの1つまたは複数に対応する(例えば、これと同じ時間などの)時間点および/または時間期間について決定され得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、1つまたは複数の特性(および/または、1つもしくは複数の特性を含むか、これを示す1つもしくは複数の画像)は、2つ以上の時間点の後の(例えば、2つ以上の時間点の後に続くなどの)時間点および/または時間期間について決定され得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, one or more characteristics (and/or one or more images including or indicative of one or more characteristics) may be determined for a time point and/or time period corresponding to (e.g., at the same time as) one or more of the two or more time points. In some non-limiting embodiments or aspects, one or more characteristics (and/or one or more images including or indicative of one or more characteristics) may be determined for a time point and/or time period subsequent to (e.g., following) the two or more time points.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、患者の組織と関連付けられた特性は、以下のうちの少なくとも1つ:ボクセルの動脈内(例えば、肝臓動脈(A)内など)の造影剤の濃度、ボクセルの静脈内(例えば、肝臓静脈(V)内など)の造影剤の濃度、ボクセルの細胞内(例えば、肝細胞(P)内など)の造影剤の濃度、ボクセルの動脈、静脈、および細胞内の造影剤の濃度の総計(例えば、肝臓組織のボクセルの肝臓動脈(A)、肝臓静脈(V)、肝細胞(P)内の造影剤の濃度の総計)、ボクセルの組織空間を通る造影剤の動きと関連付けられた薬物動力学的パラメータのうちの1つもしくは複数、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、患者の組織と関連付けられた特性は、例えば、電子密度、水素密度、T1、T2、見かけの拡散係数(ADC)、またはそれらの任意の組み合わせを含む、注入された造影剤と関連付けられない少なくとも1つの特性を含み得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, the characteristics associated with the patient's tissue may include at least one of the following: concentration of contrast agent in the artery of the voxel (e.g., in the hepatic artery (A)), concentration of contrast agent in the vein of the voxel (e.g., in the hepatic vein (V)), concentration of contrast agent in the cell of the voxel (e.g., in the hepatic cell (P)), aggregate concentration of contrast agent in the artery, vein, and cell of the voxel (e.g., aggregate concentration of contrast agent in the hepatic artery (A), hepatic vein (V), and hepatic cell (P) of a liver tissue voxel), one or more of a pharmacokinetic parameter associated with the movement of contrast agent through the tissue space of the voxel, or any combination thereof. In some non-limiting embodiments or aspects, the characteristics associated with the patient's tissue may include at least one characteristic not associated with the injected contrast agent, including, for example, electron density, hydrogen density, T1, T2, apparent diffusion coefficient (ADC), or any combination thereof.
医用撮像が始まった当初、データの取得および画像の作成は、X線が、患者を横断し、画像を作成するために現像される写真フィルムと対になった発光スクリーンによって吸収されることによって実施された。次いでそのフィルムは、診断を行う放射線科医によって読み取られた。現在の電子およびコンピュータ技術では、データの2Dまたは3Dアレイを(時間(4D)にわたって取得し、このデータを、人間が理解可能な2D、3D、または4Dデータ表現を意味する画像へと変換する異なる方式を有する複数の画像診断法が存在する。目的の患者領域内のボクセルごとに各時間点においてデータの複数のパラメータを収集する能力である第5の次元についても述べることができる。図7にさらに示されるように、例となるが非限定的なデータ分析ステップは、取得したデータまたは画像を人間が読むことができる画像へ変えるデータ分析711、例えば、2つ以上の画像を使用して以前に存在していない画像を人間が読むことができる形式で作成するデータ分析712、例えば、関与する医療専門家による確認のため、読み手に通知し得るか、推奨し得るか、または診断を行い得るデータ分析713を含み得る。コンピュータ支援診断アルゴリズムは、このデータ分析の例である。例えば、画像分析および演算システム614は、以下の技術のうちの少なくとも1つ:ウィンドウ&レベル技術、ガンマ補正技術、フィルタ逆投影技術、反復再構成技術、モデルフィッティング技術、曲線フィッティング技術の辞書モード(例えば、MRフィンガープリンティングなど)、空間的、時間的フィルタリングおよび強化技術、CADもしくはAIを使用した特徴抽出技術、フラクタル解析技術、動き補正技術、柔軟な登録技術、パラメータ定量化技術、単一画像の2D AIもしくは機械学習ベースの分析、ボクセルの時間シーケンスの2D AIもしくは機械学習ベースの分析技術、画像技術の時間シーケンスの3D AIもしくは機械学習ベースの分析技術、AIもしくは機械学習ベースの雑音除去および鮮明化技術、AIもしくは機械学習ベースのコントラスト増幅技術、またはそれらの任意の組み合わせを使用して、2つ以上の時間点におけるボクセルのパラメータを含む測定情報に基づいて、1つまたは複数の特性(および/または、1つもしくは複数の特性を含むか、これを示す1つもしくは複数の画像、および/またはそれと関連付けられた診断情報)を決定し得る。 In the early days of medical imaging, data acquisition and image creation were performed by x-rays passing through the patient and being absorbed by a luminescent screen coupled with a photographic film that was developed to create an image. The film was then read by a radiologist to perform the diagnosis. With current electronic and computer technology, there are multiple imaging modalities with different ways of acquiring 2D or 3D arrays of data (over time (4D)) and converting this data into an image, meaning a human understandable 2D, 3D, or 4D data representation. A fifth dimension can also be mentioned, which is the ability to collect multiple parameters of data at each time point for each voxel in the patient region of interest. As further shown in FIG. 7, exemplary but non-limiting data analysis steps include data analysis 711, which turns acquired data or images into a human readable image, data analysis 712, which uses, for example, two or more images to create an image that did not exist before in a human readable form. , for example, for review by an involved medical professional, or may include data analysis 713 that may inform or recommend to the reader or make a diagnosis. Computer-aided diagnosis algorithms are examples of this data analysis. For example, the image analysis and computation system 614 may perform at least one of the following techniques: window & level techniques, gamma correction techniques, filtered backprojection techniques, iterative reconstruction techniques, model fitting techniques, dictionary modes of curve fitting techniques (e.g., MR fingerprinting, etc.), spatial, temporal filtering and enhancement techniques, feature extraction techniques using CAD or AI, fractal analysis techniques, motion correction techniques, flexible registration techniques, parameter quantification techniques, 2D quantification of single images, and the like. One or more characteristics (and/or one or more images including or indicative of the one or more characteristics, and/or diagnostic information associated therewith) may be determined based on measurement information including parameters of voxels at two or more time points using AI or machine learning based analysis, 2D AI or machine learning based analysis techniques of time sequences of voxels, 3D AI or machine learning based analysis techniques of time sequences of images, AI or machine learning based noise reduction and sharpening techniques, AI or machine learning based contrast amplification techniques, or any combination thereof.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、画像分析および演算システム614(ならびに/または撮像装置制御および演算システム610)は、患者の組織のボクセルのパラメータと関連付けられた測定情報が、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することと関連付けられた測定情報のしきい値量(例えば、1つもしくは複数の特性および/または1つまたは複数の特性を含む1つもしくは複数の画像を決定するのに十分な量の情報および/またはデータ)を含むことを決定し、測定情報が測定情報のしきい値量を含むことを決定することに応答して、測定情報の取得を自動的に停止する(例えば、患者を走査または撮像するのを停止するなど)ように撮像システム(例えば、撮像装置608など)を制御し得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定することと関連付けられた測定情報のしきい値量は、任意選択的に、既定のレベルの、パラメータ微分、予測の確信、誤差の余裕を伴って、患者についての1つまたは複数の選択した、または予め決められた診断を提供することと関連付けられた情報のしきい値量を含み得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, the image analysis and computation system 614 (and/or the imager control and computation system 610) may determine that the measurement information associated with parameters of the patient's tissue voxels includes a threshold amount of measurement information associated with determining one or more characteristics of the tissue voxels (e.g., a sufficient amount of information and/or data to determine one or more characteristics and/or one or more images including the one or more characteristics) and control the imaging system (e.g., imager 608, etc.) to automatically stop acquiring the measurement information (e.g., stop scanning or imaging the patient, etc.) in response to determining that the measurement information includes the threshold amount of measurement information. In some non-limiting embodiments or aspects, the threshold amount of measurement information associated with determining one or more characteristics of the tissue voxels may optionally include a threshold amount of information associated with providing one or more selected or predetermined diagnoses for the patient, with a predefined level of parameter derivative, prediction confidence, margin of error.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、画像分析および演算システム614は、2つ以上の時間点におけるボクセルのパラメータを含む測定情報(および/または、2つ以上の時間点におけるボクセルのパラメータを含むか、これを示す1つもしくは複数の画像)に基づいて、患者の組織のボクセルの1つまたは複数の画像を合成(例えば、1つまたは複数の合成または強化画像、1つまたは複数の非強化/造影強化/トレーサ画像、1つまたは複数のT1w/T2w/PDw画像(および/または、例えば、fat-satあり/なしで、逆パルスで、など、それらの異形)、動脈/門脈/静脈/平衡/HB相の1つまたは複数の画像、MRI連続取得の1つまたは複数の画像、1つまたは複数の非強化/造影強化/トレーサx線吸収画像、1つまたは複数の動脈/門脈/静脈/平衡/または連続取得x線吸収画像などを生成または作成する)ことができる。例として、画像分析および演算システム614は、HBPの前に発生する1つまたは複数の相において測定される2つ以上の時間点におけるボクセルのパラメータを含む測定情報から、HBPにおける1つまたは複数の画像を合成し得る。例として、画像分析および演算システム614は、肝臓特異性造影剤についてのHBPから知られる造影剤情報を、肝臓の初期相の1つまたは複数の画像(例えば、動脈、門脈、および/または静脈相などにおいて測定または取得される1つまたは複数の画像など)と比較する(例えば、追加する、減じる、乗じるなど)ことによって1つまたは複数の画像を合成して、2つもしくは複数の画像からの情報全体、または2つもしくは複数の画像からの情報の一部のみを組み合わせて新規合成画像にし得る、図9に示され、2019年9月18日に提出された欧州特許出願第19197986.3号、および2020年9月10日に提出された国際特許出願第PCT/EP2020/075288号に詳細に示されるような、“無地の白い肝臓”を生成し得、これらの文献の各々の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。例として、画像分析および演算システム614は、図10に示され、2019年10月8日に提出された欧州特許出願第19201919.8号にさらに詳細に説明されるような1つまたは複数の測定された造影強化画像(例えば、肝臓内など)から、非強化T1w画像を合成し得、これらの文献の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。例として、画像分析および演算システム614は、209年10月8日に提出された欧州特許出願第19201937.0号、および2019年12月5日に提出された米国仮特許出願第62/943,980号に説明されるように、低減された量の造影剤で組織および腫瘍の高コントラスト高精度の撮像を可能にするために特定の画像造影(例えば、造影強化されたT1w MR画像内の動脈相強化の造影を強化し得、これらの文献の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。例として、画像分析および演算システム614は、2020年4月3日に提出された欧州特許出願第20167879.4号に説明されるように、平衡相の造影強化されたT1w画像(例えば、仮想血液プール造影画像など)を合成し得、この文献の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。例として、画像分析および演算システム614は、従来のガドキセト酸強化画像から、遷移相または後期相の間の肝実質細胞内のガドキセト酸誘発型造影変化なしに、画像を合成し得る。例として、画像分析および演算システム614は、物質(例えば、造影剤)が組織を通過する間の薬物動力学的時間フレームにわたる組織の完全な緩和曲線に関する情報を含む、従来通りに取得されたマッピングシーケンスのセットに基づいて、“疑似画像”を合成し得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, the image analysis and computation system 614 can generate or create one or more images of voxels of the patient's tissue based on the measurement information including parameters of the voxels at two or more time points (and/or one or more images including or indicative of parameters of the voxels at two or more time points) (e.g., one or more composite or enhanced images, one or more non-enhanced/contrast-enhanced/tracer images, one or more T1w/T2w/PDw images (and/or variants thereof, e.g., with/without fat-sat, with inversion pulse, etc.), one or more images of arterial/portal/venous/equilibrium/HB phase, one or more images of MRI sequential acquisition, one or more non-enhanced/contrast-enhanced/tracer x-ray absorption images, one or more arterial/portal/venous/equilibrium/or sequential acquisition x-ray absorption images, etc.). As an example, the image analysis and calculation system 614 may synthesize one or more images of the HBP from measurement information including parameters of voxels at two or more time points measured in one or more phases occurring prior to the HBP. As an example, the image analysis and computation system 614 may combine one or more images by comparing (e.g., adding, subtracting, multiplying, etc.) contrast agent information known from HBP for a liver-specific contrast agent with one or more images of an early phase of the liver (e.g., one or more images measured or acquired in the arterial, portal, and/or venous phases, etc.) to generate a “plain white liver” as shown in FIG. 9 and shown in detail in European Patent Application No. 19197986.3, filed September 18, 2019, and International Patent Application No. PCT/EP2020/075288, filed September 10, 2020, the entire contents of each of which are incorporated herein by reference. By way of example, the image analysis and computation system 614 may synthesize a non-enhanced T1w image from one or more measured contrast-enhanced images (e.g., in the liver, etc.) as shown in FIG. 10 and described in further detail in European Patent Application No. 19201919.8, filed October 8, 2019, the entire contents of which are incorporated herein by reference. By way of example, the image analysis and computation system 614 may synthesize a non-enhanced T1w image from one or more measured contrast-enhanced images (e.g., in the liver, etc.) as shown in FIG. 10 and described in further detail in European Patent Application No. 19201937.0, filed October 8, 209, and U.S. Provisional Patent Application No. 62/943,980, filed December 5, 2019, to enable high-contrast, high-precision imaging of tissues and tumors with reduced amounts of contrast agent. The image analysis and calculation system 614 may synthesize an equilibrium phase contrast-enhanced T1w image (e.g., a virtual blood pool contrast image, etc.) as described in European Patent Application No. 20167879.4, filed April 3, 2020, the entire contents of which are incorporated herein by reference. As an example, the image analysis and calculation system 614 may synthesize an image from a conventional gadoxetic acid-enhanced image without gadoxetic acid-induced contrast changes in liver parenchymal cells during the transition or late phase. As an example, the image analysis and calculation system 614 may synthesize a "pseudo image" based on a set of conventionally acquired mapping sequences that includes information about the complete relaxation curve of the tissue over the pharmacokinetic time frame during which the substance (e.g., contrast agent) passes through the tissue.
例として、造影剤の二重注入プロトコルは、図11に示され、2019年10月8日に提出された欧州特許出願第19201919.8号、2019年10月11日に提出された欧州特許出願第19202711.8号、および2020年5月6日に提出された欧州特許出願第20173089.2号にさらに詳細に説明されるように、使用され得、これらの文献の各々の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。二重注入の第1の注入は、患者がスキャナ内にいない間に実施され得る。第1の注入は、試験がMRI試験となる予定の場合、例えば、ガドキセト酸であり得る。患者は、造影剤が体内で平衡し、標的組織によって取り込まれる間、スキャナの外に留まる。患者は、スキャナ内に置かれ、1つまたは複数の画像が、その平衡取り込みについて撮られ得、ならびに取り込みによる影響を受けない画像も撮られ得る。二重注入の第2の造影剤注入が次いで付与され、1つまたは複数の追加の画像が撮られる。これらの第2の注入後の画像は、例えば、平衡取り込み撮像に加えて、血管強化の可視化および/または測定を可能にするようにタイミングが計られ得る。例として、画像分析および演算システム614は、1つまたは複数の第2の注入後の画像から1つまたは複数の平衡取り込み後の画像を減じて、対応する時間点における平衡取り込みとは別個の血管強化を示す画像を導出し得る。第2の造影剤注入は、第1の造影剤注入と同じタイプの造影剤であり得るか、または既に取り込みが発生しており、撮像されていることから、それは、異なるタイプの造影剤、例えば、ガドキセト酸に対して異なる、およびいくつかの点で有利な、性質を有するガドブトロールであり得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、2つの異なる造影剤は、混合されるか、または同時に注入され得る。例えば、造影剤を血管造影剤として好ましいものにする性質を有する造影剤は、血管相造影剤としてはそれほど有用ではないが、細胞または組織特異性マーカまたは造影剤としての性質を有する造影剤と混合され得る。 By way of example, a dual injection protocol of contrast agent may be used as shown in FIG. 11 and described in further detail in European Patent Application No. 19201919.8, filed October 8, 2019, European Patent Application No. 19202711.8, filed October 11, 2019, and European Patent Application No. 20173089.2, filed May 6, 2020, the entire contents of each of which are incorporated herein by reference. The first injection of the dual injection may be performed while the patient is not in the scanner. The first injection may be, for example, gadoxetic acid if the study is to be an MRI study. The patient remains outside the scanner while the contrast agent equilibrates in the body and is taken up by the target tissue. The patient is placed in the scanner and one or more images may be taken of the equilibrium uptake, as well as images that are not affected by the uptake. A second contrast injection of the dual injection is then given and one or more additional images are taken. These second post-injection images may be timed to allow visualization and/or measurement of vascular enhancement, for example, in addition to the equilibrium uptake imaging. As an example, the image analysis and computation system 614 may subtract one or more post-equilibrium uptake images from one or more second post-injection images to derive an image showing vascular enhancement separate from the equilibrium uptake at the corresponding time point. The second contrast injection may be the same type of contrast agent as the first contrast injection, or it may be a different type of contrast agent, e.g., gadobutrol, which has different, and in some ways advantageous, properties relative to gadoxetic acid, since uptake has already occurred and been imaged. In some non-limiting embodiments or aspects, two different contrast agents may be mixed or injected simultaneously. For example, a contrast agent with properties that make it preferred as a vascular contrast agent may be mixed with a contrast agent that has cell or tissue specific marker or contrast agent properties that are not as useful as a vascular phase contrast agent.
図7に示されるように、ステップ708において、プロセス700は、患者の組織と関連付けられた1つまたは複数の特性を分析することを含む。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、放射線科医および/または他の訓練を受けた専門家は、患者の組織と関連付けられた1つまたは複数の特性を含む1つまたは複数の画像を読み取って、1つまたは複数の画像から診断情報を導出し得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、画像分析および演算システム614は、患者の組織のボクセルと関連付けられた1つもしくは複数の特性、および/または1つもしくは複数の画像、患者の組織と関連付けられた1つもしくは複数の特性を分析して、1つまたは複数の画像から診断情報を導出し得る。例えば、画像分析および演算システム614は、もう1つの特性(および/または、1つもしくは複数の特性を含むか、これを示す1つもしくは複数の画像)を、分類モデルに供給し得、この分類モデルは、もう1つの特性(および/または、1つもしくは複数の特性を含むか、これを示す1つもしくは複数の画像に基づいて、1つまたは複数の診断と関連付けられた組織を分類するように、教師あり学習によって訓練されている。例として、画像分析および演算システム614は、組織の1つまたは複数の特性を決定するために使用されるステップ706に関して上に本明細書で説明される技術のうちの1つまたは複数を使用して、組織のための1つまたは複数の診断を決定し得る。 7, in step 708, the process 700 includes analyzing one or more characteristics associated with the patient's tissue. In some non-limiting embodiments or aspects, a radiologist and/or other trained professional may read one or more images including one or more characteristics associated with the patient's tissue to derive diagnostic information from the one or more images. In some non-limiting embodiments or aspects, the image analysis and computing system 614 may analyze one or more characteristics associated with voxels of the patient's tissue, and/or one or more images, one or more characteristics associated with the patient's tissue to derive diagnostic information from the one or more images. For example, the image analysis and computation system 614 may provide the other characteristic (and/or one or more images containing or exhibiting the one or more characteristics) to a classification model that has been trained by supervised learning to classify tissue associated with one or more diagnoses based on the other characteristic (and/or one or more images containing or exhibiting the one or more characteristics). By way of example, the image analysis and computation system 614 may determine one or more diagnoses for the tissue using one or more of the techniques described herein above with respect to step 706 used to determine one or more characteristics of the tissue.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、診断情報は、患者の組織のボクセルの状態の識別(例えば、健康な組織、不健康な組織、不健康な組織のタイプ、組織と関連付けられた病気のタイプなど)、患者の組織のボクセルの状態の識別についての1つもしくは複数の理由、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, the diagnostic information may include an identification of a state of a voxel of the patient's tissue (e.g., healthy tissue, unhealthy tissue, a type of unhealthy tissue, a type of disease associated with the tissue, etc.), one or more reasons for the identification of the state of the voxel of the patient's tissue, or any combination thereof.
図7に示されるように、ステップ710において、プロセス700は、患者の組織と関連付けられた診断を提供することを含む。例えば、放射線科医および/または他の訓練された専門家は、患者の組織と関連付けられた診断情報を提供し得る。例として、画像分析および演算システム614は、患者の組織と関連付けられた診断情報を提供し得る。 As shown in FIG. 7, in step 710, process 700 includes providing a diagnosis associated with the patient's tissue. For example, a radiologist and/or other trained professional may provide diagnostic information associated with the patient's tissue. As an example, image analysis and computing system 614 may provide diagnostic information associated with the patient's tissue.
依然として図7を参照すると、いくつかの非限定的な実施形態または態様において、ステップ720で、患者および/または患者の健康状態に関する追加情報が、ステージ702~710のうちの1つまたは複数において入力および使用されて、各ステージにおけるオプション間の選択ならびに/または各ステージで決定および/もしくは生成される情報および/もしくはデータの決定に、注視し得るか、またはこれらに影響を及ぼし得る。例えば、患者および/または患者の健康状態に関する追加情報は、注入プロトコル、撮像プロトコル、測定情報、1つまたは複数の特性(および/または、1つもしくは複数の特性を含むか、これを示す1つもしくは複数の画像)、診断情報、および/または診断を決定するために使用される、プロセス、アルゴリズム、機械学習モデルもしくはニューラルネットワーク、モデルフィッティング分析、および/または同様のものに入力され得る。例として、患者および/もしくは患者の健康状態ならびに/または試験のための所望の条件に関する追加情報は、以下のうちの少なくとも1つ:患者の身長、患者の体重、患者の年齢、患者の性別、患者の心拍数、患者の心拍出量、患者の臨床症状、患者のビリルビンレベル、患者に送達される造影剤の濃度の所望の変化率(rate)、上昇、および/もしくはプラトーレベル、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。患者固有のデータの追加の例は、米国特許第5,840,026号および同第9,616,166号に見ることができ、これらの文献の各々の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
7, in some non-limiting embodiments or aspects, at step 720, additional information regarding the patient and/or the patient's health condition may be input and used in one or more of stages 702-710 to influence or influence the selection between options at each stage and/or the information and/or data determined and/or generated at each stage. For example, the additional information regarding the patient and/or the patient's health condition may be input into the injection protocol, imaging protocol, measurement information, one or more characteristics (and/or one or more images including or indicative of one or more characteristics), diagnostic information, and/or processes, algorithms, machine learning models or neural networks, model fitting analyses, and/or the like used to determine a diagnosis. By way of example, the additional information regarding the patient and/or the patient's health status and/or desired conditions for the test may include at least one of the following: the patient's height, the patient's weight, the patient's age, the patient's sex, the patient's heart rate, the patient's cardiac output, the patient's clinical condition, the patient's bilirubin level, the desired rate of change , rise, and/or plateau level of the concentration of the contrast agent delivered to the patient, or any combination thereof. Additional examples of patient-specific data can be found in U.S. Patent Nos. 5,840,026 and 9,616,166, the entire contents of each of which are incorporated herein by reference.
データ分析ステップ711、712、713、ならびに関連したコンピュータハードウェアおよび/またはソフトウェア、例えば、画像分析および演算システム614はまた、例えば、病院情報システム620および/または他のクラウドコンピューティングデータストア622から獲得され得る患者に関する追加データ720を分析および使用し得る。 The data analysis steps 711, 712, 713 and associated computer hardware and/or software, e.g., image analysis and computing system 614, may also analyze and use additional data 720 about the patient, which may be obtained, for example, from a hospital information system 620 and/or other cloud computing data stores 622.
これより図8を参照すると、図8は、撮像されている患者の器官のボクセル800(例えば、体積要素など)の簡略概略図を示す。この概略図は、肝臓を表しているが、一般に、適切な適合または簡略化を伴って他の器官に当てはまる。肝臓は、医学および生理学においては良く知られているように、比較的複雑な器官である。 Referring now to FIG. 8, FIG. 8 shows a simplified schematic diagram of voxels 800 (e.g., volume elements, etc.) of a patient's organ being imaged. The schematic diagram represents the liver, but generally applies to other organs with appropriate adaptations or simplifications. The liver is a relatively complex organ, as is well known in medicine and physiology.
例となる要素の各々は、ボクセルのいくらかの断片的な体積を占有し得る。肝臓は、肝門脈304および肝動脈302からの二重血液供給を受ける。肝門脈304は、肝臓の血液供給の約75%を送達し、脾臓、消化管、およびその関連器官から排出される静脈血を運ぶ。肝静脈306は、血液を心臓へ戻す。各ボクセルには、細胞が存在する。いくつかの細胞311は、撮像に使用されている造影剤を処理するか、または取り込み得る。これらの細胞311は、造影剤を胆管310内へ移動させ得る。ボクセルは、造影剤を効果的に取り込まない他の細胞313を含み得る。すべてのこれらの他の構成要素を適所に保持する流体および結合分子を表す細胞外空間301も存在する。当然ながら、器官のいくつかの部分には、完全に1つのタイプの構成要素、例えば、動脈、静脈、または胆管内にあるボクセルが存在し得る。他のボクセルは、ボクセル要素の他の断片を有する。
Each of the example elements may occupy some fractional volume of the voxel. The liver receives a dual blood supply from the hepatic
分子は、血液から細胞外体積内へ、およびそこから細胞または胆管内へ移動し得、その逆もまた然りである。異なる分子は、それらの特性および関与する構造体または細胞の特性に応じて異なる速度で、拡散するか、または輸送される。PK/PDモデリング(薬物動力学的/薬力学的モデリング)は、薬物動力学および薬力学の2つの古典的な薬理学的規律を組み合わせた技術である。それは、薬物動力学的および薬力学的モデル構成要素を、ある投薬量の投与に応答した効果強度の時間的経過の説明を可能にする数学的表現の1つのセットへと統合する。単純なPK/PDモデルにおいては、K1AおよびK2Aは、それぞれ、肝動脈302および関連毛細血管から出る、またはそこへ入る輸送定数である。K1VおよびK2Vは、門脈304の定数である。K3およびK4は、造影剤を取り込む細胞の定数であり、K5およびK6は、胆管内への、および胆管から戻る輸送の定数である。PK/PDモデルはまた、パラメータとして、様々な区画:動脈血液、門脈血液、静脈血液、細胞外流体、細胞外基質、ならびに様々なタイプの細胞、例えば、肝実質細胞および非肝実質細胞、によって占有される各ボクセルの断片的な体積のうちの1つまたは複数を決定する。
Molecules can move from the blood into the extracellular volume and from there into cells or bile ducts and vice versa. Different molecules diffuse or are transported at different rates depending on their properties and those of the structures or cells involved. PK/PD modeling (pharmacokinetic/pharmacodynamic modeling) is a technique that combines the two classical pharmacological disciplines of pharmacokinetics and pharmacodynamics. It integrates pharmacokinetic and pharmacodynamic model components into one set of mathematical expressions that allow the description of the time course of effect intensity in response to the administration of a certain dosage. In a simple PK/PD model, K1A and K2A are the transport constants out of and into the
典型的なMR撮像において、取得される画像は、放射線科医がそれらを快適に見ることができ、それらを確実に読み取って自らの診断に達することができる十分に高い品質のものである。これは一般的に、数十秒あるいは数十分の走査時間が単一の画像を作成するために必要とされることを意味する。 In typical MR imaging, the images acquired are of high enough quality that a radiologist can comfortably view them and reliably interpret them to arrive at his or her diagnosis. This typically means that scan times of tens of seconds or even minutes are required to produce a single image.
表示条件を満たしたMRI画像の作成を高速化するために技術が開発されている。これらの技術は、例えば、パラレル撮像、圧縮センシング、スパース撮像、および多くの他の技術を含む。これらの技術を使用して作成される画像は、例えば、本明細書に説明されるように患者の組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定するために、本開示の様々な非限定的な実施形態または態様において使用され得る。 Technologies have been developed to speed up the creation of MRI images that meet display criteria. These techniques include, for example, parallel imaging, compressed sensing, sparse imaging, and many other techniques. Images created using these techniques may be used in various non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure, for example, to determine one or more properties of voxels of a patient's tissue as described herein.
再び図7を参照すると、いくつかの非限定的な実施形態または態様において、ステップ704で、より高速であるがより雑音の多い画像が、ほんの数秒または数十秒の取得時間を使用して作成され得る。故に、ボクセルごとに捕捉されるデータ(例えば、測定情報、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータなど)は、人間の視覚観察者にとって、依然として不快であるか、または混乱を招き得る測定値内の何らかの雑音があるとしても、図1の曲線Sの形状を、より良好に測定または近似することができる。 7, in some non-limiting embodiments or aspects, in step 704, a faster but noisier image can be created using an acquisition time of just a few seconds or tens of seconds. Thus, the data captured for each voxel (e.g., measurement information, parameters of a voxel of tissue measured at two or more time points, etc.) can better measure or approximate the shape of curve S in FIG. 1, even if there is some noise in the measurements that may still be annoying or confusing to a human visual observer.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、図7のステップ706で、より雑音の多い画像(例えば、測定情報、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータなど)の時間シーケンスは、予測モデル(例えば、人工ニューラルネットワーク、本明細書に説明されるような予測モデルなど)に供給され得、予測モデルは、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータを含む測定情報に基づいて、2つ以上の時間点のうちの1つの時間点に対応する時間点および/もしくは時間期間における、ならびに/または2つ以上の時間点の後の(例えば、2つ以上の時間点の後に続くなど)時間点および/もしくは時間期間における1つまたは複数の特性(および/または、1つもしくは複数の特性を含むか、これを示す1つもしくは複数の画像)を予測するように、教師あり学習によって訓練されている。 In some non-limiting embodiments or aspects, in step 706 of FIG. 7, the time sequence of the noisier images (e.g., measurement information, parameters of tissue voxels measured at two or more time points, etc.) may be fed to a predictive model (e.g., an artificial neural network, a predictive model as described herein, etc.) that has been trained by supervised learning to predict one or more characteristics (and/or one or more images including or indicative of one or more characteristics) at a time point and/or time period corresponding to one of the two or more time points and/or at a time point and/or time period following the two or more time points (e.g., following the two or more time points) based on the measurement information including parameters of tissue voxels measured at the two or more time points.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、図7のステップ706で、より雑音の多い画像の時間シーケンスは、様々なモデルパラメータをデータ(例えば、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータなど)にフィッティングするために使用され得る。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、図8のPK/PDモデルは、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータ(例えば、ボクセルごとに測定される曲線など)にフィッティングされ得る。例えば、画像分析および演算システム614は、組織のボクセルのPK/PDモデルを、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングし、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングされたPK/PDモデルに基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定し得る。例として、パラメータまたは必要な入力関数は、完全に肝動脈および門脈であるボクセルを使用して測定され得る。文献内で知られている多くの曲線フィッティング法が存在する。最小二乗曲線フィッティングは、単純であるが、必ずしも最も効率的または効果的な方法ではない。本開示の非限定的な実施形態または態様における使用に有利であり得るものは、肝臓灌流を測定する方式として単純な細胞外造影(K3~K6はゼロであることを意味する)について、RSNA 2018、コースRC629Cの間にDr.Nicole Seiberlichによって議論されたように、パラメータの離散集合の各々について事前計算され、データベースまたは辞書内に置かれる理想のPK/PD曲線のセットにおいて最良適合を見つけ出すために、比較、マッチング、またはフィンガープリンティングを用いる。ボクセルごとのPK/PDパラメータは、辞書検索により見つけ出され、対応する時間および任意の将来の時間点における画像は、ボクセルごとにPK/PD方程式を進展させ、濃度を信号強度へと変換することによって推測され得、例えば、腎臓、肝臓、および血液脳関門の細胞機能に対するある特定の結論を可能にする、薬物取り込み、分散、および排泄など、経時的なPK/PD尺度は、経時的に相対的または絶対的造影剤誘導組織強化から決定され得る。例えば、画像分析および演算システム614は、パラメータについて事前計算される複数の複数のPK/PD曲線のうちの1つのPK/PD曲線を、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングし、2つ以上の時間点におけるパラメータにフィッティングされたPK/PD曲線に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定し得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, in step 706 of FIG. 7, the time sequence of the noisier images may be used to fit various model parameters to the data (e.g., parameters of tissue voxels measured at two or more time points, etc.). In some non-limiting embodiments or aspects, the PK/PD model of FIG. 8 may be fitted to parameters of tissue voxels measured at two or more time points (e.g., curves measured per voxel, etc.). For example, the image analysis and calculation system 614 may fit a PK/PD model of tissue voxels to parameters of tissue voxels measured at two or more time points and determine one or more properties of the tissue voxels based on the PK/PD model fitted to parameters of tissue voxels measured at two or more time points. As an example, the parameters or required input functions may be measured using voxels that are entirely hepatic arteries and portal veins. There are many curve fitting methods known in the literature. Least squares curve fitting is a simple but not necessarily the most efficient or effective method. What may be advantageous for use in non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure is, for simple extracellular imaging (meaning K3-K6 are zero) as a way to measure liver perfusion, using comparison, matching, or fingerprinting to find the best fit in a set of ideal PK/PD curves that are pre-calculated for each of a discrete set of parameters and placed in a database or dictionary, as discussed by Dr. Nicole Seiberlich during RSNA 2018, course RC629C. PK/PD parameters per voxel are found by dictionary lookup, images at the corresponding time and any future time points can be inferred by developing PK/PD equations per voxel and converting concentrations to signal intensities, and PK/PD measures over time, such as drug uptake, distribution, and excretion, allowing certain conclusions on cellular function of the kidney, liver, and blood-brain barrier, can be determined from relative or absolute contrast-induced tissue enhancement over time. For example, the image analysis and calculation system 614 may fit a PK/PD curve of multiple pre-calculated PK/PD curves for a parameter to a parameter of a tissue voxel measured at two or more time points, and determine one or more characteristics of the tissue voxel based on the PK/PD curves fitted to the parameter at the two or more time points.
PK/PD分析においては、入力関数が一般的に使用される。例えば、入力関数は、画像内、例えば、肝臓に隣接する大動脈の画像内で測定され得る。米国特許出願第16/346,219号に説明されるように、造影剤の、数秒の長さの、迅速で短い点滴またはボーラスに続いて、ボーラスを腕を通じて中枢循環へ移動させるのに十分な生理食塩水を使用する、比較的狭い入力関数が好ましいと一般的に考えられており、この文献の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。この短い造影剤ボーラスの欠点は、造影剤ボーラスが、患者の中枢循環を通って移動する際に広がることであり、幅10~15秒のボーラスに広がる。更なる欠点は、ボーラス形状が主に患者に依存することである。代替的に、任意選択的に>15秒の、より長いボーラスが、米国特許第9,867,589号に説明されるように使用され得、この文献の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。より長いボーラスは、入力関数が、患者にあまり可変的に基づかず、むしろ注入持続時間によって決定されることを引き起こす。これは、モデル内で発生することが予期され得るパラメータの範囲を制限することにより、本明細書に説明されるいくつかのタイプの分析、モデリング、または曲線フィッティングにおいて好ましい場合がある。より長いボーラスの1つの欠点は、正常な動脈、門脈、または他の相画像が、時間の重複が理由で、利用可能ではないことであり得る。放射線科医に対して“標準”画像を提示することが望ましい場合、画像分析および演算システム614は、ボクセルごとにモデルの1つまたは複数の特性を分析し得、“標準画像”は、そのボクセルについてのモデルパラメータから構築され得る。このより長いボーラス手法は、検出器飽和またはパルスパイルアップおよびデッドスペース補正効果を回避するためにPET撮像において特に有益であり得る。造影レベルがより遅い速度で変化しており、タイミングがより良好に予測され得、患者の生理機能に応じてそれほど可変ではないことから、より少ないスキャンが撮られることを可能にすることによって、CTにとっても有益であり得る。問われている診断的疑問および査定されている特性に相応しい場合、Patlak分析などの簡略化されたPK/PDモデル、および/または他のそのようなモデルが使用される。 In PK/PD analysis, an input function is commonly used. For example, the input function can be measured in an image, e.g., an image of the aorta adjacent to the liver. A relatively narrow input function is generally considered to be preferred, using a rapid, short drip or bolus of contrast, a few seconds in length, followed by enough saline to move the bolus through the arm and into the central circulation, as described in U.S. Patent Application No. 16/346,219, the entire contents of which are incorporated herein by reference. A disadvantage of this short contrast bolus is that the contrast bolus spreads as it travels through the patient's central circulation, spreading into a bolus of 10-15 seconds in width. A further disadvantage is that the bolus shape is primarily patient-dependent. Alternatively, a longer bolus, optionally >15 seconds, can be used, as described in U.S. Patent No. 9,867,589, the entire contents of which are incorporated herein by reference. A longer bolus causes the input function to be less variably based on the patient, but rather determined by the duration of the infusion. This may be preferable in some types of analysis, modeling, or curve fitting described herein by limiting the range of parameters that may be expected to occur in the model. One drawback of a longer bolus may be that normal arterial, portal, or other phase images may not be available due to time overlap. If it is desired to present a "standard" image to the radiologist, the image analysis and calculation system 614 may analyze one or more characteristics of the model for each voxel, and a "standard image" may be constructed from the model parameters for that voxel. This longer bolus approach may be particularly beneficial in PET imaging to avoid detector saturation or pulse pile-up and dead space correction effects. It may also be beneficial for CT by allowing fewer scans to be taken since contrast levels are changing at a slower rate, timing may be better predicted, and it is less variable depending on the patient's physiology. Simplified PK/PD models such as Patlak analysis and/or other such models are used when appropriate to the diagnostic question being asked and the characteristics being assessed.
別の非限定的な実施形態または態様において、曲線Sは、選択された基底関数のセット(例えば、多項式関数のセット、ラプラス関数のセット、フーリエ関数のセットなど)によって近似されるか、または曲線Sは、選択された基底関数のセットへと分解される。例えば、基底関数は、関数空間内のある特定の基底の要素である。ベクトル空間内の全ベクトルが基底ベクトルの線形結合として表され得るのと同じように、関数空間内の全連続関数は、基底関数の線形結合として表され得る。例として、画像分析および演算システム614は、基底関数のセットを用いて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を表す曲線を近似し、近似された曲線を、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングし、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングされた近似された曲線に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定し得る。参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれる、H K.Thompsonらによる、“Indicator Transit Time Considered as a Gamma Variate”, Circulation Research, Volume XIV, June 1964,pp502-515の記事において説明されるように、時間曲線にわたる初回通過造影強化は、以下の方程式(1)に従ってガンマ変量曲線としてモデリングまたは近似され得、
C(t)=K(t-AT)a.*exp(-(t-AT)/b (1)
式中、t=注入後の時間、C(t)=時間における濃度、K=定数スケール係数、AT=出現時間、およびa,b=t>ATについての任意パラメータである。
In another non-limiting embodiment or aspect, the curve S is approximated by or decomposed into a set of selected basis functions (e.g., a set of polynomial functions, a set of Laplace functions, a set of Fourier functions, etc.). For example, a basis function is an element of a certain basis in a function space. Just as every vector in a vector space can be expressed as a linear combination of basis vectors, every continuous function in a function space can be expressed as a linear combination of basis functions. As an example, the image analysis and calculation system 614 may use a set of basis functions to approximate a curve representing one or more properties of a tissue voxel, fit the approximated curve to parameters of the tissue voxel measured at two or more time points, and determine one or more properties of the tissue voxel based on the approximated curve fitted to parameters of the tissue voxel measured at two or more time points. See, for example, H. K. et al., "Computational Modeling of 3D Images of a Voxel ... As explained in the article by Thompson et al., “Indicator Transit Time Considered as a Gamma Variate”, Circulation Research, Volume XIV, June 1964, pp502-515, the first-pass contrast enhancement over time curve can be modeled or approximated as a gamma variate curve according to the following equation (1):
C(t)=K(t-AT) a . * exp(-(t-AT)/b (1)
where t=time after injection, C(t)=concentration at time, K=constant scale factor, AT=emergence time, and a, b=optional parameters for t>AT.
曲線Sは、A曲線の初回通過部分、V曲線の初回通過部分を表すために2つ以上のガンマ変量曲線によって、定常再循環および再分布を表すために任意選択的に第3のガンマ変量曲線、および1つの線形に増加する曲線C(t)=m(t-AT’)+nを用いて、近似され得、式中、mおよびnは、任意パラメータであり、AT’は、線形上昇の開始であり、tは、t>AT’についての注入後の時間である。しかしながら、非限定的な実施形態または態様は、モデリングのためにガンマ変量曲線を使用することに限定されず、基底関数の任意の他のセット(例えば、多項式関数のセット、ラプラス関数のセット、フーリエ関数のセットなど)がモデリングのために使用され得、任意の計算効率の良い曲線フィッティングプログラムが、測定された曲線 Sに対する最良適合パラメータを決定するために使用され得る。ボクセルごとの基底関数パラメータが、曲線フィッティングプロセスを通じて見つけ出されると、対応する時間および任意の時間点における画像は、ボクセルごとに方程式を進展または後退させて、所望される時間tについて濃度を信号強度へと変換することによって推測され得る。例えば、画像分析および演算システム614は、基底関数のセットを用いて1つまたは複数のパラメータについて事前計算される複数の曲線のうちの1つの曲線を、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングし、2つ以上の時間点において測定される組織のボクセルのパラメータにフィッティングされた曲線に基づいて、組織のボクセルの1つまたは複数の特性を決定し得る。 The curve S may be approximated by two or more gamma variate curves to represent the first-pass portion of the A curve, the first-pass portion of the V curve, optionally with a third gamma variate curve to represent steady-state recirculation and redistribution, and one linearly increasing curve C(t)=m(t-AT')+n, where m and n are optional parameters, AT' is the start of the linear rise, and t is the time after injection for t>AT'. However, non-limiting embodiments or aspects are not limited to using gamma variate curves for modeling, and any other set of basis functions (e.g., a set of polynomial functions, a set of Laplace functions, a set of Fourier functions, etc.) may be used for modeling, and any computationally efficient curve fitting program may be used to determine the best-fit parameters for the measured curve S. Once the basis function parameters for each voxel are found through the curve fitting process, the image at the corresponding time and at any time point can be inferred by rolling or rolling back the equation for each voxel to convert the concentration to signal intensity for the desired time t. For example, the image analysis and calculation system 614 can fit one of a plurality of curves pre-calculated for one or more parameters using a set of basis functions to the parameters of the tissue voxel measured at two or more time points, and determine one or more properties of the tissue voxel based on the curve fitted to the parameters of the tissue voxel measured at two or more time points.
本明細書内の他の場所に説明されるように、より長い造影剤ボーラスまたは注入は、曲線Sがより遅い上昇および降下を有することを引き起こし得、このことが、モデル内で予期される基底関数パラメータに影響を及ぼすか、またはこれを制約し得るため、曲線フィッティング活動および/または結果として生じるモデルを、簡略化する、高速化する、またはその正確性を増大し得る。 As explained elsewhere herein, a longer contrast bolus or injection may cause the curve S to have a slower rise and fall, which may affect or constrain the basis function parameters expected in the model, thereby simplifying, speeding up, or increasing the accuracy of the curve fitting activity and/or the resulting model.
モデルまたはアルゴリズム、例えば、PK/PD、基底関数、AIまたは当該技術分野において当業者に知られる他のモデルが、ボクセルごとの2つ以上の時間点にフィッティングされると、画像が作成され得るか、または物理的状況において決して独立して測定されることがない情報が導出され得る。図9の“白い肝臓”は、これの非限定的な例である。別の非限定的な実施形態または態様は、造影剤が門脈だけを通って肝臓に入ったのであり、門動脈を通って入らなかった、またはその逆であるかのように、経時的に肝臓を通って流れる造影剤を示すために作成される画像または画像のシーケンスである。同様に、より長いボーラスが実際には撮像プロトコル全体において使用されていたとしても、非常に高速または短いボーラスの使用により発生した画像が作成され得る。使用される実際の撮像プロトコルを考慮すると測定することが物理的に不可能であった画像を作成するこのような能力は、診断、微妙な差異もしくは健康状態、または疾病の治療に対する処置および応答における新たな理解をもたらし得る。これは、PK/PDパラメータ自体の現在行われる画像に加えて、例えば血液量通過または様々なKもしくは複合定数マップである。 When a model or algorithm, e.g., PK/PD, basis function, AI or other models known to those skilled in the art, is fitted to two or more time points per voxel, images can be created or information derived that is never measured independently in a physical context. The "white liver" in FIG. 9 is a non-limiting example of this. Another non-limiting embodiment or aspect is an image or sequence of images created to show contrast agent flowing through the liver over time as if it entered the liver only through the portal vein and not through the portal artery, or vice versa. Similarly, images can be created that result from the use of a very fast or short bolus, even if a longer bolus was actually used throughout the imaging protocol. Such an ability to create images that were physically impossible to measure given the actual imaging protocol used could lead to new understanding in diagnosis, nuances or health conditions, or treatment and response to disease treatment. This is in addition to currently performed images of the PK/PD parameters themselves, e.g., blood volume passage or various K or complex constant maps.
依然として図7を参照すると、いくつかの非限定的な実施形態または態様において、ステップ708で、画像分析および演算システム614は、患者の組織のボクセルと関連付けられた1つもしくは複数の特性、および/または1つもしくは複数の画像患者の組織と関連付けられた1つもしくは複数の特性を分析して、動脈相強化(例えば、肝臓)と比較して、経時的に病変のウォッシュアウト(washout)についての絶対値を計算し得る。現在、病変のウォッシュアウトは通常、動脈相の後に続く造影相の間、周辺組織の強化を病変の強化と比較することによって、視覚的に査定される。しかしながら、これは、いくつかの造影剤(肝臓特異性薬剤Primovist(登録商標))が、病変(例えば、潜在的に転移または他の腫瘍)の部分を囲む、または病変の部分である肝細胞によって取り込まれ得ることから、誤った解釈のリスクを明るみにする。Primovist(登録商標)のこのような初期取り込みは、病変と周囲組織との間のより強いコントラストの錯覚を作り出し得、実際には何も存在しないときにウォッシュアウトとして誤って解釈され得る。これは、本開示の非限定的な実施形態または態様の、これらの態様の別個または別々の分解および/または可視化を可能にする分析を伴わない、誤診断のリスクを明るみにする。 Still referring to FIG. 7, in some non-limiting embodiments or aspects, in step 708, the image analysis and calculation system 614 may analyze one or more characteristics associated with the voxels of the patient's tissue and/or one or more characteristics associated with the one or more images of the patient's tissue to calculate an absolute value for the washout of the lesion over time compared to the arterial phase enhancement (e.g., liver). Currently, the washout of the lesion is typically assessed visually by comparing the enhancement of the surrounding tissue to the enhancement of the lesion during the contrast phase that follows the arterial phase. However, this exposes the risk of misinterpretation since some contrast agents (liver-specific agent Primovist®) may be taken up by liver cells that surround or are part of the lesion (e.g., potentially a metastasis or other tumor). Such early uptake of Primovist® may create the illusion of a stronger contrast between the lesion and the surrounding tissue, which may be misinterpreted as washout when in fact none is present. This highlights the risk of misdiagnosis without analysis of non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure that allows for separate or distinct decomposition and/or visualization of these aspects.
いくつかの非限定的な実施形態または態様において、検査領域は、哺乳動物(好ましくは、ヒト)の肝臓または肝臓の一部分を含む。いくつかの非限定的な実施形態または態様において、検査領域は、肺またはその一部分を含み得る。肺は、右心から非酸素化血液、また左心から酸素化血液の循環を受容する。加えて、肺は、気道を通じてガスを受容する。故に、肺は、静脈内、または気道を通じたガス状造影剤のいずれかで、造影剤を受容し得る。したがって、本開示の非限定的な実施形態または態様は、吸入造影剤、ならびにIV注入造影剤に当てはまり得る。加えて、大半の組織は、組織の細胞外空間を通る流体の循環のためにリンパ系(例えば、脳内のグリンパティック系)として作用する。本開示の非限定的な実施形態または態様は、このリンパ系およびグリンパティック系を通る造影剤の流れ、またはその欠如を含み得る。 In some non-limiting embodiments or aspects, the examination region includes the liver or a portion of the liver of a mammal (preferably a human). In some non-limiting embodiments or aspects, the examination region may include the lungs or a portion thereof. The lungs receive circulation of deoxygenated blood from the right heart and oxygenated blood from the left heart. In addition, the lungs receive gases through the airways. Thus, the lungs may receive contrast agents, either intravenously or gaseous contrast agents through the airways. Thus, non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure may apply to inhaled contrast agents, as well as IV injected contrast agents. In addition, most tissues act as lymphatic systems (e.g., the glymphatic system in the brain) for circulation of fluid through the extracellular space of the tissue. Non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure may include the flow of contrast agents, or lack thereof, through this lymphatic and glymphatic system.
本明細書に説明される様々な非限定的な実施形態または態様において、様々な組織特性およびボクセルパラメータは、理解および開示のために列挙されている。これらは、例示的であり、限定的または徹底的なリストではないということを理解されたい。医術において知られる他の特性および/またはパラメータが使用され得る。加えて、研究中または今後発見される特性および/またはパラメータもまた、撮像研究および/または一連の研究からのデータの処理、撮像、および/または分析において、本開示の非限定的な実施形態または態様の適用から恩恵を受け得る。 In various non-limiting embodiments or aspects described herein, various tissue characteristics and voxel parameters are listed for purposes of understanding and disclosure. It should be understood that these are exemplary and not a limiting or exhaustive list. Other characteristics and/or parameters known in the medical arts may be used. Additionally, characteristics and/or parameters under study or discovered in the future may also benefit from application of non-limiting embodiments or aspects of the present disclosure in processing, imaging, and/or analysis of data from an imaging study and/or series of studies.
Claims (8)
前記1つまたは複数の組織特性は、
動脈内の造影剤の濃度、
静脈内の造影剤の濃度、
細胞内の造影剤の濃度、
動脈、静脈、および細胞内の造影剤の濃度の総計、
組織空間を通る造影剤の動きと関連付けられた1つまたは複数の薬物動力学的モデルパラメータ、または
これらの任意の組み合わせを含み、
前記第1時間点における前記ボクセルの前記パラメータと関連付けられた前記第1測定情報と、前記第2時間点における前記ボクセルの前記パラメータと関連付けられた前記第2測定情報と、前記患者に送達される造影剤の濃度の所望の変化率および/またはプラトーレベルとに基づいて、前記組織の画像の前記ボクセルの前記1つまたは複数の特性を決定するステップをさらに含む、
コンピュータ実施方法。 obtaining measurement information associated with parameters of voxels of an image of tissue of a patient , the measurement information being measured at two or more time points to provide first measurement information associated with the parameters of the voxels at a first one of the two or more time points and second measurement information associated with the parameters of the voxels at a second one of the two or more time points, the two or more time points occurring before one or more tissue properties of the voxels are separable or identifiable in another image generated based on the parameters of the voxels measured at one time point;
The one or more tissue characteristics include:
Concentration of contrast agent in the arteries,
Concentration of intravenous contrast agent,
the concentration of contrast agent in the cells,
the sum of the arterial, venous, and intracellular concentrations of contrast agent;
one or more pharmacokinetic model parameters associated with the movement of the contrast agent through the tissue space; or
Any combination of these may be included.
determining the one or more characteristics of the voxel of the image of the tissue based on the first measurement information associated with the parameter of the voxel at the first time point, the second measurement information associated with the parameter of the voxel at the second time point, and a desired rate of change and/or plateau level of concentration of contrast agent delivered to the patient .
Computer-implemented method.
前記患者の前記組織の画像の前記ボクセルの前記パラメータと関連付けられた前記測定情報を予測モデルに供給することを含み、前記予測モデルは、前記2つ以上の時間点における前記パラメータと関連付けられた前記測定情報に基づいて、前記組織の画像の前記ボクセルの前記1つまたは複数の特性を予測するように、教師あり学習によって訓練されている、請求項2に記載のコンピュータ実施方法。 Determining the one or more properties of the voxels of the image of the tissue comprises:
3. The computer-implemented method of claim 2, further comprising: providing the measurement information associated with the parameters of the voxels of the image of the tissue of the patient to a predictive model, the predictive model being trained by supervised learning to predict the one or more properties of the voxels of the image of the tissue based on the measurement information associated with the parameters at the two or more time points.
前記プログラム命令は、少なくとも1つのプロセッサによって実行されるとき、前記少なくとも1つのプロセッサに、
患者の組織の画像のボクセルのパラメータと関連付けられた測定情報を獲得することであって、前記測定情報は、2つ以上の時間点のうちの第1時間点における前記ボクセルの前記パラメータと関連付けられた第1測定情報と、前記2つ以上の時間点のうちの第2時間点における前記ボクセルの前記パラメータと関連付けられた第2測定情報とを提供するように、前記2つ以上の時間点において測定され、前記2つ以上の時間点は、前記ボクセルの1つまたは複数の組織特性が、1つの時間点において測定される前記ボクセルの前記パラメータに基づいて生成される別の画像内で分離可能または識別可能である前に発生する、獲得することを行わせ、
前記1つまたは複数の組織特性は、
動脈内の造影剤の濃度、
静脈内の造影剤の濃度、
細胞内の造影剤の濃度、
動脈、静脈、および細胞内の造影剤の濃度の総計、
組織空間を通る造影剤の動きと関連付けられた1つまたは複数の薬物動力学的モデルパラメータ、または
これらの任意の組み合わせを含み、
前記プログラム命令は、前記少なくとも1つのプロセッサによって実行されるとき、前記少なくとも1つのプロセッサに、
前記第1時間点における前記ボクセルの前記パラメータと関連付けられた前記第1測定情報と、前記第2時間点における前記ボクセルの前記パラメータと関連付けられた前記第2測定情報と、前記患者に送達される造影剤の濃度の所望の変化率および/またはプラトーレベルとに基づいて、前記組織の画像の前記ボクセルの前記1つまたは複数の特性を決定することをさらに行わせる、
コンピュータプログラム製品。 1. A computer program product comprising at least one non-transitory computer-readable medium containing program instructions ,
The program instructions, when executed by at least one processor, cause the at least one processor to:
acquiring measurement information associated with parameters of voxels of an image of tissue of a patient , the measurement information being measured at two or more time points to provide first measurement information associated with the parameters of the voxels at a first one of the two or more time points and second measurement information associated with the parameters of the voxels at a second one of the two or more time points, the two or more time points occurring before one or more tissue properties of the voxels are separable or identifiable in another image generated based on the parameters of the voxels measured at one time point;
The one or more tissue characteristics include:
Concentration of contrast agent in the arteries,
Concentration of intravenous contrast agent,
the concentration of contrast agent in the cells,
the sum of the arterial, venous, and intracellular concentrations of contrast agent;
one or more pharmacokinetic model parameters associated with the movement of the contrast agent through the tissue space; or
Any combination of these may be included.
The program instructions, when executed by the at least one processor, cause the at least one processor to:
determining the one or more characteristics of the voxel of the image of the tissue based on the first measurement information associated with the parameter of the voxel at the first time point, the second measurement information associated with the parameter of the voxel at the second time point, and a desired rate of change and/or plateau level of concentration of contrast agent delivered to the patient .
Computer program products.
前記1つまたは複数の組織特性に基づいて、前記2つ以上の時間点の後の前記時間点における前記組織の画像の前記ボクセルの1つまたは複数の特性を含む1つまたは複数の画像を生成することをさらに行わせる、請求項6に記載のコンピュータプログラム製品。 The instructions cause the at least one processor to:
7. The computer program product of claim 6, further comprising: generating one or more images comprising one or more properties of the voxels of the image of the tissue at the time point after the two or more time points based on the one or more tissue properties.
前記患者の前記組織の画像の前記ボクセルの前記パラメータと関連付けられた前記測定情報を予測モデルに供給することによって、前記組織の画像の前記ボクセルの前記1つまたは複数の特性を決定することを行わせ、前記予測モデルは、前記2つ以上の時間点における前記パラメータと関連付けられた前記測定情報に基づいて、前記組織の画像の前記ボクセルの前記1つまたは複数の特性を予測するように、教師あり学習によって訓練されている、請求項6に記載のコンピュータプログラム製品。 The instructions cause the at least one processor to:
7. The computer program product of claim 6, further comprising: determining the one or more properties of the voxels of the image of the tissue of the patient by providing the measurement information associated with the parameters of the voxels of the image of the tissue to a predictive model, the predictive model being trained by supervised learning to predict the one or more properties of the voxels of the image of the tissue based on the measurement information associated with the parameters at the two or more time points.
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